JP2001517751A - Clean air engine for transportation and other power uses - Google Patents

Clean air engine for transportation and other power uses

Info

Publication number
JP2001517751A
JP2001517751A JP2000513041A JP2000513041A JP2001517751A JP 2001517751 A JP2001517751 A JP 2001517751A JP 2000513041 A JP2000513041 A JP 2000513041A JP 2000513041 A JP2000513041 A JP 2000513041A JP 2001517751 A JP2001517751 A JP 2001517751A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
oxygen
outlet
gas
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000513041A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
フェルミン ヴィテリ,
Original Assignee
フェルミン ヴィテリ,
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by フェルミン ヴィテリ, filed Critical フェルミン ヴィテリ,
Priority claimed from PCT/US1997/017006 external-priority patent/WO1999015762A1/en
Publication of JP2001517751A publication Critical patent/JP2001517751A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 車両の動力を発生する低汚染エンジン(500)である。エンジンは、周囲環境からの空気を収集する空気給入口(510)を備える。空気中の窒素の一部を、液化、圧力変動吸着、膜利用気体分離などの技法を使って除去する。残った気体は主に酸素であり、それを圧縮して、燃焼室へ送る。燃焼室は、点火装置、および、メタンなどの燃料を含む加圧水素と加圧酸素のための給入口を備える。水と二酸化炭素の燃焼の生成物を、タービンやピストン膨脹器などの動力発生装置(560)で膨脹する。そのあと、燃焼生成物は、凝縮器(580)と送られ、その蒸気が凝縮されて、二酸化炭素が回収または排気される。水の一部は、ガス発生器に戻す。 (57) [Summary] A low-pollution engine (500) that generates power for a vehicle. The engine has an air inlet (510) for collecting air from the surrounding environment. Some of the nitrogen in the air is removed using techniques such as liquefaction, pressure swing adsorption, and membrane-based gas separation. The remaining gas is mainly oxygen, which is compressed and sent to the combustion chamber. The combustion chamber is provided with an igniter and inlets for pressurized hydrogen and oxygen containing a fuel such as methane. The products of water and carbon dioxide combustion are expanded in a power generator (560) such as a turbine or piston expander. Thereafter, the combustion products are sent to a condenser (580) where the vapor is condensed and carbon dioxide is recovered or exhausted. Some of the water is returned to the gas generator.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

(技術分野) 本発明は、動作中における汚染レベルがゼロまたは低レベルの排気の環境的に
クリーンなエンジン設計に関する。このクリーンな空気エンジン(以下、CLA
IREという)の発明は、自動車、トラック、列車、航空機、船舶などの運送用
車両、および、固定式動力発生利用例の両方に適用可能である。本設計は、ハイ
ブリッド、デュアルサイクル、シングルサイクルのエンジンを特徴とする。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to environmentally clean engine designs with zero or low levels of pollution during operation. This clean air engine (hereinafter CLA)
The invention of IRE) is applicable to both transportation vehicles such as automobiles, trucks, trains, aircraft, ships, and the like, and to fixed power generation applications. The design features hybrid, dual-cycle and single-cycle engines.

【0001】 (背景技術) 運送が目的の動力の発生における現在の技術では、基本的に、内燃式ガソリン
またはディーゼルエンジンが使われている。また、電力発電のための現在技術に
は、ガスタービンおよび/またはスチームタービンがある。それら装置の炭化水
素燃料を燃焼させるのに、(重量%で)酸素23.1%、窒素75.6%、およ
び、その他気体を含む空気1.3%を使う。(ガソリンまたはディーゼルの)内
燃エンジンでの燃料の空気との燃焼から生成される排気には、下記のような、大
気環境を損なうと考えられる汚染物質が含まれている。それら汚染を引き起こす
スモッグとしては、全有機ガス(TOG)、反応有機ガス(ROC)、一酸化炭
素(CO)、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、特定物質(PM)
がある。カリフォルニア州の全大気汚染源から排気される汚染物資量の約半分が
、道路車両から発生したものである(1991年排気ガス報告書、カリフォルニ
ア州大気資源局、1994年1月刊)。この車両汚染物質の主な発生源は、乗用
車や小型および中型ドラックである。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Current technology in the generation of power for transportation purposes basically uses internal combustion gasoline or diesel engines. Also, current technologies for power generation include gas turbines and / or steam turbines. 23.1% of oxygen (by weight), 75.6% of nitrogen and 1.3% of air containing other gases are used to burn the hydrocarbon fuels of these devices. The exhaust produced from the combustion of fuel with air in an internal combustion engine (gasoline or diesel) contains pollutants that are thought to impair the atmospheric environment, such as: The smogs that cause such pollution include total organic gas (TOG), reactive organic gas (ROC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), and specific substances (PM).
There is. Approximately half of all pollutant emissions from California's air pollution sources come from road vehicles (1991 Emissions Report, California Air Resources Authority, January 1994). The main sources of this vehicle contaminants are passenger cars and small and medium sized drags.

【0002】 毎日運転されている何百万もの自動車やトラックが排気する多量の汚染物質を
劇的に削減するような近未来の解決法は、いまだ視野にない。カリフォルニア州
大気資源局の研究による、1994年の報告書では、1991年間にモニターさ
れた自動車からの汚染物質のカリフォルニア州の一人あたりの排出量は、1日に
つき約1.50lb(6.67N)である。全米の人口が2億5千万人なので、
そのデータから、全米中で自動車から排出される1日あたりの大気排気量は18
万トン(1.764×106N)以上にもなると推定される。また、運転される 自動車数や走行距離量も増加し続けており、汚染を引き起こすスモッグを削減す
る努力のさらなる弊害となっている。
[0002] A near-future solution that dramatically reduces the large amounts of pollutants emitted by millions of cars and trucks driven daily is not yet in sight. In a 1994 report from the California Air Resources Board, California's per capita emissions of pollutants from vehicles monitored during 1991 were approximately 1.50 lb / day (6.67 N). It is. Because the United States has a population of 250 million,
Based on the data, the daily atmospheric emissions from automobiles in the United States are 18
It is estimated that it will be more than 10,000 tons (1.764 × 10 6 N). In addition, the number of cars driven and the amount of mileage continue to increase, further impairing efforts to reduce smog that causes pollution.

【0003】 許容排出閾値は、連邦および州政府により急速に下げられている。それら許容
排出量の低減措置のため、運送業界や発電業界においては、新規の低排気量動力
システムの開発が真剣に要求されている。
[0003] Acceptable emission thresholds are being rapidly reduced by federal and state governments. To reduce these allowable emissions, the transportation and power generation industries are seriously demanding the development of new low displacement power systems.

【0004】 高容量で低価格の蓄電バッテリーの開発により、ゼロ排気の電気自動車(ZE
V)の改良に対する非常な努力がなされてはいるが、自動車やトラックと同じよ
うな危険排気物質を削減するよう、連邦政府(1990年のクリーンエア法修正
案)が命令しているように、排気問題は、今や自動車から発電プラントへと移っ
ている。
With the development of high-capacity and low-cost storage batteries, zero-emission electric vehicles (ZE
Although significant efforts have been made to improve V), as the federal government (Amendment to the Clean Air Act of 1990) mandated to reduce hazardous emissions similar to cars and trucks, Emissions issues are now moving from cars to power plants.

【0005】 電力消費者のための現在の世界規模の発電技術は、基本的には化石燃料燃焼エ
ンジンに依存している。それらエンジンでは、炭化水素が空気と燃焼される。前
述のように、化石燃料の空気燃焼からは、多様な汚染物質を含む燃焼生成物が生
まれる。現在の米国の規制法令には、特定の場所で許容される大気汚染物質量が
規定されている。汚染物質許容閾値は一貫して下げられており、それゆえ、発電
業界やその他の動力発生業界における汚染物質排出留量を削減するための解決策
を見つけるよう、産業界にはより大きな圧力がかけられている。
[0005] Current worldwide power generation technologies for power consumers basically rely on fossil fuel-fired engines. In these engines, hydrocarbons are burned with air. As mentioned above, the combustion of air from fossil fuels produces combustion products containing a variety of pollutants. Current U.S. regulatory legislation specifies the amount of air pollutants that can be allowed in a particular location. Pollutant tolerance thresholds have been consistently lowered, and therefore there is greater pressure on industry to find solutions to reduce pollutant emissions in the power generation and other power generation industries. Have been.

【0006】 非燃焼エネルギー源を研究することにより排気問題を解決しようと開発されて
いる別のエネンルギー源には、燃料電池や太陽電池がある。開発者により、それ
ら別エネルギー源の技術的、経済的な問題の多くが解決されつつある。しかしな
がら、それら別エネルギー源の車両や発電施設での広範な利用は、いまだ実行に
移されてはいない。
[0006] Other energy sources that have been developed to solve the emission problem by studying non-combustion energy sources include fuel cells and solar cells. Many of the technical and economic issues of these alternative energy sources are being solved by developers. However, widespread use of these alternative energy sources in vehicles and power generation facilities has not yet been implemented.

【0007】 (発明の開示) 本発明は、ゼロまたは低汚染車両(ZPV)やその他の運送用動力システム(
鉄道や船舶)、および、ゼロまたは低汚染発電施設を開発するための手段を提供
するものである。ゼロまたは低汚染は、それら有害汚染物質を、ガス発生器や燃
焼室で混合して燃焼させる前に、供給される燃料と酸化剤の反応物から除去する
ことにより達成できる。硫黄、硫化物、窒素が、水素、メタン、プロパン、精製
天然ガス、または、エタノールやメタノールなどの軽質アルコールである適用燃
料から除去すべき主要な汚染物質である。空気には76重量%の窒素が含まれて
いるため、クリーン燃料と混合する前での除去が必要な主たる汚染源となりえる
SUMMARY OF THE INVENTION [0007] The present invention relates to a zero or low pollution vehicle (ZPV) and other transportation power systems (ZPVs).
Railways and ships) and means to develop zero or low pollution power generation facilities. Zero or low pollution can be achieved by removing these harmful pollutants from the supplied fuel and oxidant reactants before mixing and burning in a gas generator or combustion chamber. Sulfur, sulfide, and nitrogen are the major contaminants to be removed from applied fuels that are hydrogen, methane, propane, refined natural gas, or light alcohols such as ethanol and methanol. Since air contains 76% by weight of nitrogen, it can be a major source of pollution that needs to be removed before mixing with clean fuel.

【0008】 燃料の清浄化は、簡易であり、複雑になってはならない。空気中の窒素を酸素
から分離させるのは。様々な方法で行える。例えば、空気を液化して、(後で詳
細に説明する)精留器によりその2種の主要成分、酸素と窒素、を段階的に分離
することにより、窒素を空気から除去できる。気体の分離は、大気圧中での酸素
と窒素の異なる沸点(162°R(−183.15℃)と139°R(−195
.93℃))に基づいている。空気は、中間温度(142°R(−194.26
℃))で液化する。
[0008] Cleaning the fuel is simple and must not be complicated. What separates nitrogen in the air from oxygen? This can be done in various ways. For example, nitrogen can be removed from air by liquefying the air and stepwise separating its two major components, oxygen and nitrogen, by a rectifier (described in more detail below). Separation of gases can be achieved by different boiling points of oxygen and nitrogen at atmospheric pressure (162 ° R (−183.15 ° C.) and 139 ° R (−195 ° R.).
. 93 ° C)). The air is at an intermediate temperature (142 ° R (−194.26).
℃)).

【0009】 その他の窒素除去方法には、蒸気圧変動吸着や膜利用気体分離がある。蒸気圧
変動吸着法では、酸素を吸着および脱着できる材料を使う。膜利用気体分離法で
は、加圧された空気供給流を膜に透過させる。膜により、空気中の1つの成分を
他の成分よりも迅速に透過させて、膜の両側の異なる成分をそれぞれ濃厚にする
。そのような膜には多様な素材が利用できるが、空気から窒素をうまく分離する
には、数種の異なる物理的処理を行う。
[0009] Other nitrogen removal methods include vapor pressure fluctuation adsorption and membrane-based gas separation. In the vapor pressure fluctuation adsorption method, a material that can adsorb and desorb oxygen is used. In membrane-based gas separation, a pressurized air supply stream is permeated through a membrane. The membrane allows one component in the air to pass more quickly than the other, enriching the different components on each side of the membrane. Although a variety of materials are available for such membranes, several different physical treatments are used to successfully separate nitrogen from air.

【0010】 本発明の一実施例は、始動および冷却が必要なときの補助電気モータをランキ
ンサイクルの熱サイクルと組み合わせるハイブリッド動力システムから成る。エ
ンジンの熱動力サイクルは、酸素と窒素の分離が行われる精留器内で、周囲空気
を高圧に圧縮し、圧縮中に空気を冷却し、膨張中に空気液化温度にすることで開
始される。発生した冷たいガス状窒素は、送り込まれる空気を冷却するのに使っ
てから、周囲温度付近で大気中に排出する。同時に、精留器で発生した冷たい気
体状または液状の酸素は、ガス発生器の圧力レベルまで加圧され、周囲温度付近
でガス発生器へ送られる。供給タンクからの気体状または液状の燃料は、酸素の
圧力レベルまで加圧されてからガス発生器へ送られて、そこで、2種の反応物が
ほぼ化学量混合比率にて合成されて、完全燃焼の最大温度高温気体となる(65
00°R(3338℃))。それら高温気体は、その温度がタービン入力許容値
(2000°R(838℃))なるまでガス発生器の混合部で水流で希釈される
One embodiment of the present invention comprises a hybrid power system that combines an auxiliary electric motor with a Rankine cycle thermal cycle when startup and cooling are required. The engine's thermal power cycle begins by compressing ambient air to high pressure, cooling the air during compression, and bringing it to the air liquefaction temperature during expansion in a rectifier where oxygen and nitrogen separation occurs. . The generated cold gaseous nitrogen is used to cool the incoming air and is then discharged to the atmosphere at near ambient temperature. At the same time, the cold gaseous or liquid oxygen generated in the rectifier is pressurized to the gas generator pressure level and sent to the gas generator near ambient temperature. The gaseous or liquid fuel from the supply tank is pressurized to the pressure level of oxygen and sent to the gas generator where the two reactants are synthesized in near stoichiometric proportions to complete The maximum temperature of combustion becomes high temperature gas (65
00 ° R (3338 ° C)). The hot gases are diluted with a stream of water in the mixing section of the gas generator until the temperature reaches the turbine input tolerance (2000 ° R (838 ° C)).

【0011】 この混合過程から作成した駆動気体は、酸素と水素を燃料として使う場合は、
高純粋蒸気、あるいは、酸素と軽質炭化水素燃料(メタン、プロパン、メタノー
ルなど)を使う場合は、高純粋蒸気と二酸化炭素(CO2)の混合物から成る。 車両や発電プラントを駆動するタービン中で高温気体が膨張された後、蒸気また
は蒸気とCO2の混合物は、凝縮器で大気温度近くまたは以下まで冷却されて、 蒸気が水に凝縮され、ランキンサイクルが終了する。凝縮水の約75%がガス発
生器へ再循環される一方、残り部分は冷却に使われてから、温水蒸気として大気
へ排出される。軽質炭化水素を燃料として使う場合、凝縮器中に残った気体状の
二酸化炭素は大気圧力より少し高くまで圧縮されて、定期的除去のため個体また
は液体に変えられるか、あるいは、その排気がローカル大気環境に無害と考えら
れる場合には、そのまま大気中に排出される。
When the driving gas created from this mixing process uses oxygen and hydrogen as fuels,
When using pure steam or oxygen and light hydrocarbon fuels (methane, propane, methanol, etc.), it consists of a mixture of pure steam and carbon dioxide (CO 2 ). After the hot gas is expanded in a turbine in driving the vehicle or power plant, a mixture of steam or steam and CO 2 is cooled to ambient temperature near or below the vapor is condensed into water in the condenser, the Rankine cycle Ends. About 75% of the condensed water is recycled to the gas generator, while the remainder is used for cooling and then discharged to the atmosphere as hot steam. When using light hydrocarbons as fuel, the gaseous carbon dioxide remaining in the condenser is compressed to slightly above atmospheric pressure and converted to solid or liquid for periodic removal, or its exhaust If it is considered harmless to the air environment, it will be released directly into the atmosphere.

【0012】 前記熱サイクルでは、安定した低温度まで液化装置を冷却するための時間を必
要とするため、補助バッテリーで駆動される電気モータを使って、液化装置の冷
却が完遂されるまでランキンサイクルを行い、車両を駆動する。冷却が完了する
と、同期発電機に接続されたランキン熱エンジンを使って車両や発電プラントを
駆動し、補助バッテリーを再充電するのである。
Since the thermal cycle requires time to cool the liquefier to a stable low temperature, the Rankine cycle is completed using an electric motor driven by an auxiliary battery until the liquefier is completely cooled. And drive the vehicle. When cooling is complete, the vehicle or power plant is driven using the Rankine heat engine connected to the synchronous generator to recharge the auxiliary battery.

【0013】 このハイブリッドカーとしても知られる、この2つの動力システムの組み合わ
せにより、どちらのモードの動作においてもゼロまたは低汚染物排気が可能とな
る。加えて、電気モータ用バッテリーが、ゼロまたは低汚染のランキン熱サイク
ルエンジンにより充電できるため、再充電のための別途の発電装置の必要がない
。これにより、中央発電所からの電力供給を減らせ、かつ、有害排気の排出源を
削減できる。
[0013] The combination of the two power systems, also known as the hybrid car, allows for zero or low pollutant emissions in either mode of operation. In addition, the battery for the electric motor can be charged by a zero or low pollution Rankine heat cycle engine, eliminating the need for a separate generator for recharging. As a result, the power supply from the central power plant can be reduced, and the emission source of harmful exhaust gas can be reduced.

【0014】 電気駆動モータやバッテリーの代わりに、ランキンサイクルエンジンに数個の
制御バルブを追加して、最小排気開放ブレイトンサイクルを行って、ランキンサ
イクルエンジンの液化装置を冷却するのに要する時間中に、燃料と空気とを燃焼
させて車両を駆動することも可能である。この特徴は、本発明の別の実施例でも
ある。
[0014] Instead of an electric drive motor or a battery, several control valves are added to the Rankine cycle engine to perform a minimum exhaust open Brayton cycle to cool the Rankine cycle engine liquefier during the time it takes. It is also possible to drive the vehicle by burning fuel and air. This feature is another embodiment of the present invention.

【0015】 また、ゼロまたは低汚染のランキン熱サイクルエンジンは、大型トラック、列
車、船舶などの長時間の連続運転を要する車両や、冷却時間が運転サイクル全体
に対してあまり重視されないような固定式発電プラントでの、単独サイクル熱モ
ードのも利用できる。
[0015] Furthermore, the Rankine heat cycle engine of zero or low pollution has a fixed type in which vehicles such as heavy trucks, trains, ships, etc. which require long continuous operation, and in which the cooling time is not so important for the entire operation cycle. Single cycle heat mode in power plants is also available.

【0016】 オットーディーゼル熱サイクルの低汚染ハイブリッドエンジンへの応用も、本
発明の実施例に含まれる。それら熱サイクルを使えば、凝縮器や再循環装置が必
要なくなる。低温度の蒸気または蒸気/二酸化炭素ガスは作用液体として再循環
されるので、前述したランキンサイクル適用例での再循環水要求の機能に取って
代わることができる。
The application of the Otto diesel heat cycle to a low-pollution hybrid engine is also included in embodiments of the present invention. Using these thermal cycles eliminates the need for condensers and recirculation devices. Since the low temperature steam or steam / carbon dioxide gas is recirculated as the working liquid, it can replace the function of the recycle water requirement in the Rankine cycle application described above.

【0017】 (発明を実施するための最良の形態) 本発明の第1実施例による、ゼロ排気電気モータと併行動作するゼロまたは低
汚染のランキン熱サイクルエンジン(ハイブリッドエンジンとも呼ぶ)が、図1
に図示されている。ランキンエンジンは、ダイナミック式タービン圧縮器10、
レシプロエンジン20、動力伝達器30、熱交換器40、ターボ膨張器50、精
留器60、ガス発生器70、凝縮器80、再循環水供給ポンプ90、水加熱器1
00、凝縮器冷却用ラジエータ110から成る。電気式エンジンは、アルタネー
タ120、バッテリー130、電気モータ140から成る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A zero or low pollution Rankine heat cycle engine (also referred to as a hybrid engine) operating in tandem with a zero exhaust electric motor according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG.
Is shown in FIG. The Rankine engine has a dynamic turbine compressor 10,
Reciprocating engine 20, power transmitter 30, heat exchanger 40, turbo expander 50, rectifier 60, gas generator 70, condenser 80, recirculating water supply pump 90, water heater 1
00, a radiator 110 for cooling the condenser. The electric engine includes an alternator 120, a battery 130, and an electric motor 140.

【0018】 ハイブリッドエンジンの動作は、エネルギー源としてのバッテリー130を使
って電気モータ140を始動させて開始する。電気モータ140が、動力伝達器
30を通じてレシプロエンジン20を駆動し、さらに、熱交換器40、ターボ膨
脹器50、精留器60から成る液化装置の冷却時間を必要とする熱エンジンを始
動させる。
The operation of the hybrid engine starts by starting the electric motor 140 using the battery 130 as an energy source. An electric motor 140 drives the reciprocating engine 20 through the power transmission 30, and also starts a heat engine requiring cooling time of a liquefier consisting of the heat exchanger 40, the turbo expander 50, and the rectifier 60.

【0019】 熱エンジンの動作により、周囲環境から空気給入ダクト1を経てダイナミック
式圧縮器2に給入された周囲温度の空気の圧縮が行われる。圧縮器2は、空気を
所定の排出圧まで上昇させる。その後、空気はダクト3からインタークーラ4へ
送り込まれ、そこでは、外部冷却手段5(大気、水、フロンなど)により圧縮熱
が排除される。空気から凝縮された水蒸気は、ドレン6から排出される。圧縮器
給入口と同じ温度であるインタークーラ4のダクト7から流出した空気は、レシ
プロ圧縮器8に送られて所定の排出圧まで上げられる。ダクト9からインターク
ーラ11へ送られ、再び圧縮器給入口温度まで冷却される。この圧縮/冷却サイ
クルが繰り返されて、空気は、インタークーラ11を出てダクト12を通過して
レシプロ圧縮器13に送り込まれ、ダクト14からインタークーラ15へ送り込
まれて、ダクト16から排出され、空気圧縮過程を完了する。
The operation of the heat engine compresses the ambient temperature air supplied to the dynamic compressor 2 through the air supply duct 1 from the surrounding environment. The compressor 2 raises the air to a predetermined discharge pressure. Thereafter, the air is sent from the duct 3 to the intercooler 4, where the external cooling means 5 (atmosphere, water, chlorofluorocarbon, etc.) removes the heat of compression. The water vapor condensed from the air is discharged from the drain 6. The air flowing out of the duct 7 of the intercooler 4 at the same temperature as the compressor inlet / outlet is sent to the reciprocating compressor 8 and raised to a predetermined discharge pressure. It is sent from the duct 9 to the intercooler 11 and is cooled again to the compressor inlet temperature. This cycle of compression / cooling is repeated and air exits the intercooler 11 and passes through the duct 12 to the reciprocating compressor 13, from the duct 14 to the intercooler 15, and out of the duct 16, Complete the air compression process.

【0020】 次に、高圧で周囲温度の空気は、スクラバー17に送り込まれて、そこで、す
ぐ後の液化過程中で凍結してしまう気体や液体が除去される。それらの気体や液
体は、二酸化炭素(ダクト18aから格納タンク18bへ)、油分(管路19a
から格納タンク19bへ)、水蒸気(ドレン21から排出)である。油分は、空
気圧縮装置からの漏れなど、多様な発生源から生まれる。その後、乾燥空気は、
ダクト22を通って熱交換器40へ送り込まれて、そこで、戻りの低温の気体状
窒素により冷却される。
Next, the high pressure, ambient temperature air is sent to a scrubber 17 where gas and liquid that would freeze during the subsequent liquefaction process are removed. These gases and liquids contain carbon dioxide (from the duct 18a to the storage tank 18b), oil (the pipe 19a).
From the storage tank 19b) and steam (discharged from the drain 21). Oil comes from a variety of sources, including leaks from air compressors. Then the dry air is
It is fed through duct 22 to heat exchanger 40 where it is cooled by the returning cold gaseous nitrogen.

【0021】 そして、乾燥空気は、空気から窒素を分離するための空気処理装置へ送られて
、前述した燃焼用の窒素を含まない酸素を供給するための準備ができる。乾燥空
気には、23.1重量%の酸素、75.6重量%の窒素、1.285重量%のア
ルゴン、および、ごく少量の水素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン(
総計で0.0013重量%)が含まれる。アルゴンの液化温度は157.5°R
(−185.7℃)であって、窒素と酸素のそれぞれの沸点139.9°R(−
195.4℃)と162.4°R(−182.9℃)の中間値である。それゆえ
、除去されなかったアルゴンは、液化過程中に液化する。残りのごく少量の水素
、ヘリウム、ネオンの気体は49°R(−246℃)以上の温度で凝縮不能であ
るが、クリプトンとキセノンは液化する。しかしながら、後者の気体はごくわず
かであって、以下の空気液化過程で無視できる程度と考える。
The dry air is then sent to an air treatment unit for separating nitrogen from air, and is ready to supply the above-described nitrogen-free oxygen for combustion. Dry air includes 23.1 wt% oxygen, 75.6 wt% nitrogen, 1.285 wt% argon, and very small amounts of hydrogen, helium, neon, krypton, xenon (
0.0013% by weight in total). The liquefaction temperature of argon is 157.5 ° R
(-185.7 ° C.), and the respective boiling points of nitrogen and oxygen are 139.9 ° R (−
195.4 ° C) and 162.4 ° R (-182.9 ° C). Therefore, the argon not removed will liquefy during the liquefaction process. The remaining small amounts of hydrogen, helium, and neon gases cannot condense above 49 ° R (−246 ° C.), but krypton and xenon liquefy. However, the latter gas is negligible and is considered negligible in the following air liquefaction process.

【0022】 その後、乾燥空気は、ダクト23からターボ膨脹器24へと送り込まれて、そ
こで、さらに、排出ダクト25の前に液化温度近くまで下げられてから、精留器
60(図では双塔式)へと送られる。その前に低下していない場合、精留器内で
、空気の温度は酸素液化温度まで下げられる。好ましくは、デービスの「気体液
化と低温精留の物理的原理」(1949年ロングマン・グリーン出版社刊)に詳
細に記述されているような双塔式精留器60を利用するのがよい。
Thereafter, the drying air is sent from the duct 23 to the turbo-expander 24, where it is further reduced to near the liquefaction temperature before the discharge duct 25, and then to the rectifier 60 (in the figure, a twin tower). Expression). If not previously reduced, in the rectifier the temperature of the air is reduced to the oxygen liquefaction temperature. Preferably, a double tower rectifier 60 as described in detail in Davis, "Physical Principles of Gas Liquefaction and Low Temperature Rectification" (1949, Longman Green Publishing Company) is used.

【0023】 その空気液化温度での空気は、下側の精留器の熱交換器26から出てダクト2
7を通じて精留器の下側塔プレートに送り込まれて、酸素/窒素の分離が行われ
る。約40%の酸素を含んだ空気は、ダクト28から出て、上側の精留塔に送り
込まれて、そこで、より高い%の酸素濃度に精製される。96%純度の窒素液体
は、ダクト29で下側精留塔から上側精留塔へ送られる。純度が99%の気体状
の窒素(1%はアルゴン)は、ダクト31を出て、熱交換機40へ送り込まれて
、そこで、給入空気の冷却を行った後、ダクト32から周囲の温度と気圧に近い
温度と圧力で大気中へ排気される。気体状または液体状の95%純度の酸素(5
%はアルゴン)ダクト33から出て、ターボ膨脹器の圧縮器34へ送り込まれて
、酸素が所定圧まで加圧される。その後、高圧の酸素は、ダクト35を出て、ガ
ス発生器70へと送られる。
The air at that air liquefaction temperature exits the lower rectifier heat exchanger 26 and exits the duct 2
It is fed to the lower column plate of the rectifier through 7 for oxygen / nitrogen separation. Air containing about 40% oxygen exits the duct 28 and enters the upper rectification column where it is purified to a higher oxygen concentration. The 96% pure nitrogen liquid is sent in duct 29 from the lower rectification column to the upper rectification column. Gaseous nitrogen with a purity of 99% (1% argon) exits the duct 31 and is sent to the heat exchanger 40, where it cools the incoming air and then from the duct 32 to the ambient temperature and temperature. It is exhausted into the atmosphere at a temperature and pressure close to atmospheric pressure. 95% pure oxygen in gaseous or liquid form (5
(Argon) exits duct 33 and enters a turboexpander compressor 34 where oxygen is pressurized to a predetermined pressure. Thereafter, the high pressure oxygen exits duct 35 and is sent to gas generator 70.

【0024】 軽質の炭化水素燃料(メタン、プロパン、純化天然ガス、エタノールやメタノ
ールなどの軽質アルコール)が、燃料タンク37からダクト38へ供給されて、
レシプロエンジンのシリンダー39へと送り込まれて、そこで、燃料は所定の排
出圧まで加圧される。その後、燃料はダクトを出て、ガス発生器70へ送り込ま
れて、完全燃焼の最大高温ガス温度(約6500°R(3338℃))となるよ
うな化学量混合比率で給入酸素と混合される。ガス発生器は、燃焼を促すための
点火プラグなどの点火装置を備えている。本実施例のガス発生器70は燃料燃焼
式装置の好適な形態であるが、下記の別の実施例で説明するようなその他の燃料
燃焼式装置を利用しても構わない。それら反応物の燃焼による生成物は、高純度
の蒸気と二酸化炭素ガス、および、ごくわずかの液体状アルゴン(4%)である
Light hydrocarbon fuel (methane, propane, purified natural gas, light alcohol such as ethanol or methanol) is supplied from the fuel tank 37 to the duct 38,
The fuel is fed into the cylinder 39 of the reciprocating engine, where the fuel is pressurized to a predetermined discharge pressure. Thereafter, the fuel exits the duct and is fed into the gas generator 70 where it is mixed with the incoming oxygen in a stoichiometric ratio such that the maximum hot gas temperature for complete combustion (approximately 6500 ° R (3338 ° C)). You. The gas generator is provided with an ignition device such as an ignition plug for promoting combustion. Although the gas generator 70 of the present embodiment is a preferred form of a fuel combustion type device, other gas combustion type devices as described in another embodiment described below may be used. The products of combustion of the reactants are high purity steam and carbon dioxide gas, and very little liquid argon (4%).

【0025】 高温気体の完全燃焼に続いて、再循環水が管路42からガス発生器70に注入
されて、レシプロエンジン内で受容可能な低温駆動ガス(約2000°R(83
8℃))へと高温気体を希釈する。また、この水の注入により、膨脹過程や発電
過程で利用できる多量の燃焼生成物を増加できる。そして、駆動ガスは、ガス発
生器70の送出ダクト43を出て、レシプロシリンダー44へ送り込まれて膨脹
し、動力伝達器30を駆動する。レシプロシリンダー44は、下記の第6実施例
で説明するようなダイナミック式タービンなど、その他の燃焼生成物膨脹装置で
置き換えることも可能である。ダクト45を出たガスは、第2シリンダー46に
入り膨脹して、動力を動力伝達器を駆動し、さらに、ダクト47を通って、始動
時には電気モータ140により駆動される遠心圧縮器2とバッテリー130を充
電するためのアルタネータ120とを駆動するダイナミック式タービン48に動
力を与える。
Following complete combustion of the hot gas, recirculated water is injected from line 42 into gas generator 70 and is supplied with a low temperature drive gas (about 2000 ° R (83
Dilute the hot gas to 8 ° C)). Also, the injection of water can increase the amount of combustion products that can be used during the expansion process and the power generation process. Then, the driving gas exits the delivery duct 43 of the gas generator 70, is sent to the reciprocating cylinder 44 and expands, and drives the power transmission 30. The reciprocating cylinder 44 can be replaced by another combustion product expansion device, such as a dynamic turbine as described in a sixth embodiment below. The gas exiting the duct 45 enters the second cylinder 46 and expands to drive the power transmission, and further passes through the duct 47, and at startup, the centrifugal compressor 2 and the battery driven by the electric motor 140. Power dynamic turbine 48 which drives alternator 120 to charge 130.

【0026】 そして、ダクト49から出たガスは、水加熱器100に送り込まれて、ガスの
残留熱をポンプ90で送られる循環水に移転し、水加熱器からのガスはダクト5
1から排出されて、大気圧に近いあるいはそれ以下の圧力で凝縮器80に送り込
まれて、そこで、蒸気から水への凝縮および二酸化炭素の分離が行われる。凝縮
された水は、管路52から排出されて、ポンプ90へ送り込まれ、水圧をガス発
生器70への供給圧レベルまで上昇させる。ポンプ90からの送出水量の大部分
は管路53を通って、水加熱器100へ送り込まれて、タービン48の排出ガス
からの熱を受け取ってから、管路42を通ってガス発生器70へ送られる。ポン
プ90からの送出水の残りは、ダクト54を通過して、ノズル55からラジエー
タ110へスプレー散布される(蒸発冷却)。凝縮器気体用の冷却剤は、ダクト
56を通じてラジエータ110へ循環され、そこで、ファン57によるポンプ動
作で熱を大気へ放出している。
Then, the gas discharged from the duct 49 is sent to the water heater 100 to transfer the residual heat of the gas to the circulating water sent by the pump 90, and the gas from the water heater is transferred to the duct 5.
Exhausted from 1 and sent to a condenser 80 at a pressure close to or below atmospheric pressure, where condensation of steam into water and separation of carbon dioxide takes place. The condensed water is drained from line 52 and sent to pump 90 to raise the water pressure to the level of the supply pressure to gas generator 70. Most of the water output from pump 90 is sent through line 53 to water heater 100 to receive heat from the exhaust gas of turbine 48 and then through line 42 to gas generator 70. Sent. The remainder of the water sent from the pump 90 passes through the duct 54 and is sprayed from the nozzle 55 to the radiator 110 (evaporative cooling). The coolant for the condenser gas is circulated through the duct 56 to the radiator 110, where it is pumped by the fan 57 to release heat to the atmosphere.

【0027】 蒸気の凝縮後に残った気体状の二酸化炭素は、凝縮器80を出てダクト58か
らレシプロシリンダー59へと送り込まれ、(凝縮器での圧力が大気圧以下の場
合は)大気圧より少し高く圧縮されてから、ダクト61へ送出される。圧縮され
た二酸化炭素は、格納タンク62に保存して、定期的な除去がしやすいよう個体
または液体状に変換してもよいし、大気排気が容認される場合には、大気中へ排
出しても構わない。
The gaseous carbon dioxide remaining after the vapor has condensed exits the condenser 80 and is sent from the duct 58 to the reciprocating cylinder 59, where the pressure is below atmospheric pressure (if the pressure in the condenser is below atmospheric pressure). After being slightly compressed, it is delivered to the duct 61. The compressed carbon dioxide may be stored in storage tank 62 and converted to solid or liquid form for easy periodic removal, or discharged to atmosphere if atmospheric exhaust is acceptable. It does not matter.

【0028】 本ハイブリッドエンジンは、必要時にそれ自体で必要用の水分を生成するため
、(凍結温度以下の)寒冷環境での蒸気ランキンサイクルの凍結問題を解消でき
ることに注目してほしい。また、本エンジン必要時に必要量の酸化材をも生成す
るため、酸素保管に関する多くの安全性問題も解消できる。
It should be noted that the hybrid engine produces the necessary moisture on its own when needed, thus eliminating the problem of freezing the steam Rankine cycle in cold environments (below the freezing temperature). In addition, since a required amount of oxidizing material is generated when the engine is required, many safety problems relating to oxygen storage can be solved.

【0029】 本発明の第2の実施例は、図2に示すように、炭化水素燃料に代えて水素を使
う場合のハイブリッドエンジンを特徴とする。燃料として水素を使う場合には、
二酸化炭素が発生せず、高純度の蒸気だけがガス発生器70から排出される。そ
の結果、二酸化炭素に関する全装置が省略でき、その他の部分の変更の基本的に
は必要ない。しかしながら、図1と同じ6気筒エンジンを維持するため、図2の
水素燃料は、燃料タンク37からダクト63へ供給されて、レシプロエンジンシ
リンダー59へ送り込まれて、ダクト64を出てレシプロエンジンのシリンダー
39へ送り込まれ、さらに、ダクト41を通じてガス発生器70へと送られる。
これにより、低濃度水素の2段階圧縮が行える。
As shown in FIG. 2, the second embodiment of the present invention features a hybrid engine in which hydrogen is used instead of hydrocarbon fuel. When using hydrogen as fuel,
No carbon dioxide is generated, and only high-purity steam is discharged from the gas generator 70. As a result, the entire device relating to carbon dioxide can be omitted, and the other parts basically need not be changed. However, in order to maintain the same six-cylinder engine as in FIG. 1, the hydrogen fuel of FIG. 2 is supplied from the fuel tank 37 to the duct 63, fed into the reciprocating engine cylinder 59, exits the duct 64, and exits the cylinder of the reciprocating engine. It is sent to 39 and further sent to the gas generator 70 through the duct 41.
Thereby, two-stage compression of low-concentration hydrogen can be performed.

【0030】 本発明の第3の実施例は、図3で示すように、始動および空気液化装置の冷却
のときはブレイトンサイクルを利用し(モードI)、クルーズ運転、アイドリン
グ、連続運転のときはランキンサイクルを利用する(モードII)ような双サイ
クルエンジンを特徴とする。その特徴と関連して、高圧空気をシリンダー13(
第1実施例で説明した空気圧縮)からバイパス空気ダクト71から取り出して、
バルブ72で調整する。また、ガス発生器への循環水をバルブ73で調整して、
燃料と酸素の燃焼温度とサイクル動作を行うためダクト43へ送られる気体状混
合物の排出温度とを制御するのである。
As shown in FIG. 3, the third embodiment of the present invention utilizes the Brayton cycle during start-up and cooling of the air liquefier (mode I), and during cruise operation, idling, and continuous operation. It features a twin-cycle engine that utilizes a Rankine cycle (Mode II). In connection with its characteristics, high-pressure air is supplied to the cylinder 13 (
Taken out of the bypass air duct 71 from the air compression described in the first embodiment)
It is adjusted by the valve 72. Also, the circulating water to the gas generator is adjusted by the valve 73,
The combustion temperature of the fuel and oxygen and the discharge temperature of the gaseous mixture sent to the duct 43 for performing the cycle operation are controlled.

【0031】 これら2つのモードによる熱動力サイクル動作を、図4と5に示す。モードI
での動力サイクル動作の作用液体は、蒸気、二酸化炭素、気体空気から成る。モ
ードIIを動作するときは、作用液体(第1と第2の実施例で説明したように)
炭化水素の燃料を使う場合は蒸気と二酸化炭素であり、水素を使う場合は蒸気だ
けである。
The thermal power cycle operation in these two modes is shown in FIGS. Mode I
The working liquid of the power cycle operation in consists of steam, carbon dioxide and gaseous air. When operating in mode II, the working liquid (as described in the first and second embodiments)
If hydrocarbon fuel is used, steam and carbon dioxide are used. If hydrogen is used, only steam is used.

【0032】 図4に示す開放ブレイトンサイクルは、2段階の空気圧縮74aと74bをも
ち、モードI中にはエンジンを駆動するのに利用され、続くモードIIでのラン
キンサイクルの動作では、図5で示す再生75を行って、液化装置を冷却する。
なお、本実施例では、電気モータ、バッテリー、アルターネータの必要がないこ
とに注目してほしい。
The open Brayton cycle shown in FIG. 4 has two stages of air compression 74a and 74b and is used to drive the engine during Mode I, and in the operation of the Rankine cycle in Mode II, FIG. Is performed to cool the liquefaction apparatus.
Note that in this embodiment, there is no need for an electric motor, a battery, and an alternator.

【0033】 本発明の第4実施例は、図6で示すように、第1実施例の全構成要素を含み、
さらに、エンジンの性能を改善するため2個の再加熱器150と160を追加し
たものである。例では2個の再加熱器150と160を装備しているが、それぞ
れの適用例の要件に応じて再加熱器はいくつ使っても構わない。
A fourth embodiment of the present invention includes all the components of the first embodiment, as shown in FIG.
Further, two reheaters 150 and 160 are added to improve the performance of the engine. Although the example has two reheaters 150 and 160, any number of reheaters may be used depending on the requirements of each application.

【0034】 エンジンの運転は第1実施例とほぼ同じであるが、以下の点が異なる。レシプ
ロシリンダー44から送出された高温ガスは、ダクト81を通って、軽質の炭化
水素と酸素とがそれぞれダクト88と89から追加供給される再加熱器150に
送り込まれる。再加熱器150内におけるそれら反応物の燃焼熱により、供給さ
れた気体の温度がガス発生器70出口での温度レベルまで上げられる。再加熱さ
れた気体は再加熱器150を出て、ダクト82を経て、レシプロシリンダー46
へ送り込まれて膨脹し、ダクト83を出て、酸素と燃料が追加供給される再加熱
器160へ送り込まれる。再加熱器160内におけるそれら反応物の燃焼熱によ
り、再び、供給された気体の温度がガス発生器70出口での温度レベルまで上げ
られる。再加熱された気体はダクト84を出て、前記第1実施例で説明したよう
にダイナミック式タービン48へと送り込まれる。再加熱器160への燃料は、
ダクト86から供給される。また、酸素はダクト87から供給される。
The operation of the engine is almost the same as that of the first embodiment, except for the following points. The hot gas delivered from the reciprocating cylinder 44 passes through a duct 81 to a reheater 150 in which light hydrocarbons and oxygen are additionally supplied from ducts 88 and 89, respectively. The heat of combustion of the reactants in the reheater 150 raises the temperature of the supplied gas to a temperature level at the outlet of the gas generator 70. The reheated gas exits reheater 150 and passes through duct 82 to reciprocating cylinder 46.
To expand and exit the duct 83 and into the reheater 160 where oxygen and fuel are additionally supplied. The heat of combustion of the reactants in the reheater 160 again raises the temperature of the supplied gas to the temperature level at the gas generator 70 outlet. The reheated gas exits the duct 84 and enters the dynamic turbine 48 as described in the first embodiment. The fuel to the reheater 160 is
It is supplied from a duct 86. Oxygen is supplied from a duct 87.

【0035】 本発明の第5実施例は、図7に示すように、第2実施例の全構成要素を含み、
さらに、性能を改善するため2個の再加熱器150と160を追加したものであ
る。エンジンで水素燃料を使う以外は、第4実施例で説明したのと同じようにエ
ンジンは動作する。再生と再加熱を行う実施例のランキンサイクルを、図8に示
す。再生は91で示し、2回の加熱は92aと92bで示している。
The fifth embodiment of the present invention includes all the components of the second embodiment, as shown in FIG.
Further, two reheaters 150 and 160 are added to improve the performance. The engine operates in the same manner as described in the fourth embodiment except that the engine uses hydrogen fuel. FIG. 8 shows a Rankine cycle of an embodiment in which regeneration and reheating are performed. Regeneration is indicated by 91 and two heatings are indicated by 92a and 92b.

【0036】 本発明の第6実施例は、図9に示すように、図6で示した再加熱器を使う第4
実施例と同様であるが、全装置がダイナミック式圧縮器とタービンから成ること
が異なる点である。本装置は、鉄道、船舶、補助動力システムで要する高動力供
給(>1000軸馬力(SHP);(735.5kw))に適したものである。
As shown in FIG. 9, a sixth embodiment of the present invention employs a fourth heater using the reheater shown in FIG.
As in the embodiment, except that the whole device comprises a dynamic compressor and a turbine. The device is suitable for the high power supply (> 1000 shaft horsepower (SHP); (735.5 kw)) required in railways, ships and auxiliary power systems.

【0037】 本例のランキンエンジン部は、ダイナミック式ターボ圧縮器200、210、
220、動力伝達器230、熱交換器240、ターボ膨脹器250、精留器26
0、ガス発生器270、第2再加熱器280、第2再加熱器290、水加熱器3
00、凝縮器310、循環ポンプ320、凝縮器冷却用ラジエータ330から成
る。電気エンジン部は、アルタネータ400、バッテリー410、電気モータ4
20から成る。
The Rankine engine unit of the present embodiment includes dynamic turbo compressors 200, 210,
220, power transmission 230, heat exchanger 240, turbo expander 250, rectifier 26
0, gas generator 270, second reheater 280, second reheater 290, water heater 3
00, a condenser 310, a circulation pump 320, and a condenser cooling radiator 330. The electric engine unit includes an alternator 400, a battery 410, an electric motor 4
20.

【0038】 エンジンの運転は、エネルギー源であるバッテリー410を使って電気モータ
420を始動させて開始する。電気モータ420が動力伝達器230を通じてダ
イナミック敷き圧縮器201を駆動し、同時に、バルブ202が開離され、バル
ブ203が閉成される。これにより、ブレイトンサイクルモードでエンジンが始
動する。エンジン速度が増すに連れて、バルブ202が徐々に閉成され、バルブ
203が徐々に開離されて、ゆっくりとランキンサイクルモードへ遷移するので
、液化装置を冷却できる。この遷移期間中には、ランキンサイクル状態が安定状
態となるまで、所定の動力と速度を維持するため電気モータ420を使う。
The operation of the engine is started by starting the electric motor 420 using the battery 410 as an energy source. The electric motor 420 drives the dynamic floor compressor 201 through the power transmission 230, and at the same time, the valve 202 is opened and the valve 203 is closed. Thus, the engine starts in the Brayton cycle mode. As the engine speed increases, the valve 202 is gradually closed, the valve 203 is gradually opened, and the mode slowly shifts to the Rankine cycle mode, so that the liquefier can be cooled. During this transition period, the electric motor 420 is used to maintain a predetermined power and speed until the Rankine cycle state becomes stable.

【0039】 熱エンジン動作中、ダクト204から空気がターボ圧縮器201に送り込まれ
て、所定の排出圧まで加圧される。その後、空気はダクト205からインターク
ーラ206へ送られて、そこで、外部冷却手段207(空気、水、フロンなど)
により圧縮熱が除去される。凝縮された水蒸気は、ドレン208から排出される
。圧縮器入口と同じ温度でインタークーラ206からダクト209へ送出された
後、空気は圧縮器211に送り込まれて、所定の排出圧まで加圧される。そして
、空気はダクト212からインタークーラ213へ送られて、圧縮器201の入
口温度まで再び冷却される。この圧縮/冷却サイクルは、空気がインタークーラ
213からダクト214へ送出されて、圧縮器215へ送り込まれて、ダクト2
16を通り、インタークーラ217へ入り、ダクト218へ送られて空気圧縮過
程を完了するまで繰り返される。
During operation of the heat engine, air is sent from the duct 204 to the turbo compressor 201 and is pressurized to a predetermined discharge pressure. Thereafter, the air is sent from the duct 205 to the intercooler 206, where the external cooling means 207 (air, water, chlorofluorocarbon, etc.)
Removes the heat of compression. The condensed water vapor is discharged from the drain 208. After being sent from the intercooler 206 to the duct 209 at the same temperature as the compressor inlet, the air is sent to the compressor 211 and pressurized to a predetermined discharge pressure. Then, the air is sent from the duct 212 to the intercooler 213, and is cooled again to the inlet temperature of the compressor 201. This compression / cooling cycle is such that air is delivered from the intercooler 213 to the duct 214 and into the compressor 215,
16 and enters the intercooler 217 and is sent to the duct 218 to be repeated until the air compression process is completed.

【0040】 次に、高圧で周囲温度の空気は、スクラバー219に送り込まれて、液化処理
中に凍結させられた気体と液体(二酸化炭素、水蒸気、油分)とが除去される。
二酸化炭素はダクト221aから排出、処理されて、タンク221bに格納され
る。油分はダクト222aからドレンされて、タンク222bに格納される。水
蒸気は、ダクト223からドレンされて、外部へ排出される。
Next, the high-pressure and ambient-temperature air is sent to a scrubber 219 to remove the gas and liquid (carbon dioxide, water vapor, and oil) frozen during the liquefaction process.
The carbon dioxide is discharged from the duct 221a, processed, and stored in the tank 221b. The oil is drained from the duct 222a and stored in the tank 222b. The water vapor is drained from the duct 223 and discharged to the outside.

【0041】 そして、乾燥空気は、ダクト224から熱交換器240に送り込まれて、戻り
液体状窒素により冷却される。さらに、ダクト225から出てターボ膨脹器22
6へ送り込まれて、そこで、ダクト227から出て精留器260へ送り込まれる
前に、さらに空気の温度が液体空気の温度近くにまで下げられる。空気は、精留
器の熱交換器228から出て、液体空気の温度のままダクト229を通過し、酸
素/窒素の分離が行われる精留器の下側塔プレートに送り込まれる。 約40% の酸素を含んだ液体は、ダクト231から出て、上側の精留塔に送り込まれて、
そこで、より高い%の酸素濃度に精製される。96%純度の窒素液体は、ダクト
232にて下側精留塔から上側精留塔へ循環される。純度が99%の気体状の窒
素(1%はアルゴン)は、ダクト233を出て、熱交換機240へ送り込まれて
、そこで、給入乾燥空気の冷却を行った後、ダクト234から周囲の温度と気圧
に近い温度と圧力で大気中へ排気される。気体状または液体状の95%純度の酸
素(5%はアルゴン)ダクト235から出て、ターボ膨脹器の圧縮器236へ送
り込まれて、酸素が所定圧まで加圧される。その後、高圧の酸素は、ダクト23
7を経て、ダクト238からガス発生器270へと送られる。
Then, the dry air is sent from the duct 224 to the heat exchanger 240 and cooled by the returned liquid nitrogen. Further, the turbo expander 22 exits from the duct 225.
6, where the air temperature is further reduced to near the temperature of the liquid air before exiting duct 227 and entering rectifier 260. The air exits the rectifier heat exchanger 228, passes through a duct 229 at the temperature of the liquid air, and is fed into the lower column plate of the rectifier where oxygen / nitrogen separation takes place. The liquid containing about 40% oxygen exits the duct 231 and is sent to the upper rectification column,
There, it is refined to a higher% oxygen concentration. The 96% pure nitrogen liquid is circulated in duct 232 from the lower rectification column to the upper rectification column. Gaseous nitrogen of 99% purity (1% argon) exits duct 233 and enters heat exchanger 240, where it cools incoming dry air and then passes through duct 234 to ambient temperature. And exhausted into the atmosphere at a temperature and pressure close to the atmospheric pressure. Out of a gaseous or liquid 95% pure oxygen (5% argon) duct 235, it is fed into a turboexpander compressor 236 where the oxygen is pressurized to a predetermined pressure. Thereafter, high pressure oxygen is supplied to the duct 23
7, the gas is sent from the duct 238 to the gas generator 270.

【0042】 メタン、プロパン、純化天然ガス、エタノールやメタノール等の軽質アルコー
ルなどの燃料が、燃料タンク239からダクト241へ供給されて、ターボ膨脹
器250の圧縮器242へ送り込まれて、所定の排出圧まで加圧される。加圧さ
れた燃料はダクト243を出て、ダクト244からガス発生器270へ送り込ま
れて、そこで、完全燃焼の最大高温ガス温度(約6500°R(3338℃))
となるような化学量混合比率で給入酸素と混合される。それら反応物の燃焼によ
る生成物は、高純度の蒸気と二酸化炭素ガス、および、ごくわずかの液体状アル
ゴン(4%)である。
A fuel such as methane, propane, purified natural gas, or light alcohol such as ethanol or methanol is supplied from the fuel tank 239 to the duct 241, sent to the compressor 242 of the turbo expander 250, and discharged at a predetermined rate. Pressurized to pressure. The pressurized fuel exits duct 243 and enters duct 244 into gas generator 270, where the maximum hot gas temperature for complete combustion (about 6500 ° R (3338 ° C)).
Is mixed with the supplied oxygen at a stoichiometric mixing ratio such that The products of combustion of the reactants are high purity steam and carbon dioxide gas, and very little liquid argon (4%).

【0043】 高温気体の完全燃焼に続いて、再循環水が管路245からガス発生器に注入さ
れて、ダイナミック式タービン247で受容可能な低温駆動ガス(約2000°
R(838℃))へと高温気体を希釈する。駆動ガスは、ガス発生器270の送
出ダクト246を出て、ターボ圧縮器220のタービン247へ送り込まれ、そ
こで、ガスは膨脹し空気圧縮器215と二酸化炭素圧縮器273を駆動する。ダ
クト248を出たガスは、再加熱器280へ送り込まれて、そこで、タービン2
47の動作から抽出した熱が補給される。この熱は、再加熱器280へダクト2
49から追加した燃料とダクト251から追加した酸素の燃焼によりものである
Following complete combustion of the hot gas, recirculated water is injected into the gas generator via line 245 and the low temperature drive gas (about 2000 °
R (838 ° C.)). The driving gas exits the delivery duct 246 of the gas generator 270 and enters the turbine 247 of the turbo compressor 220, where the gas expands and drives the air compressor 215 and carbon dioxide compressor 273. Gas exiting duct 248 is sent to reheater 280 where turbine 2
The heat extracted from the operation of 47 is supplied. This heat is transferred to reheater 280 by duct 2
This is due to the combustion of the fuel added from 49 and the oxygen added from the duct 251.

【0044】 再加熱されたガスはダクト252から出て、ターボ圧縮器210のタービン2
53に送り込まれ、低圧力に膨脹する。この膨脹ガスで作成された動力により、
アルタネータ400と圧縮器211とを駆動した後、ガスはダクト254から出
て再加熱器290へ送り込まれる。そこで、ガスのタービン駆動より発生した熱
に、ダクト255から追加した燃料とダクト256から追加した酸素との燃焼の
熱が補給される。
The reheated gas exits the duct 252 and exits the turbine 2 of the turbocompressor 210.
It is sent to 53 and expands to low pressure. With the power created by this inflation gas,
After driving the alternator 400 and the compressor 211, the gas exits the duct 254 and enters the reheater 290. Therefore, the heat generated by the gas turbine drive is supplemented with the heat of combustion of the fuel added from the duct 255 and the oxygen added from the duct 256.

【0045】 再加熱されたガスはダクト257から出て、ターボ膨脹器200のタービン2
58に送り込まれ、圧縮器201と動力伝達器230を駆動する。タービンから
の排出ガスは、ダクト259から出て、水加熱器300に送り込まれて、そこで
、タービン258の残りの排出熱は、ガス発生器270へ再循環される水を予備
加熱するのに使われる。さらに、ガスはダクト261から出て、大気圧に近いあ
るいはそれ以下の圧力で凝縮器310に送り込まれて、そこで、蒸気から水への
凝縮および二酸化炭素の分離が行われる。
The reheated gas exits duct 257 and enters turbine 2 of turboexpander 200
58 to drive the compressor 201 and the power transmitter 230. Exhaust gas from the turbine exits duct 259 and enters water heater 300, where the remaining exhaust heat of turbine 258 is used to preheat water recycled to gas generator 270. Will be Further, the gas exits the duct 261 and enters the condenser 310 at a pressure near or below atmospheric pressure, where condensation of steam to water and separation of carbon dioxide takes place.

【0046】 凝縮された水は、管路262から排出されて、ポンプ263へ送り込まれ、水
圧をガス発生器270への供給圧レベルまで上昇させる。ポンプ263からの送
出水量の大部分は管路264を通って、水加熱器300へ送り込まれて、タービ
ンから熱を吸収した後、管路245を通ってガス発生器270へ送られる。ポン
プ263からの送出水の残りは、管路265を通過して、ノズル266からラジ
エータ330へ蒸発冷却のためスプレー散布される。凝縮器気体用の冷却剤は、
ポンプ267で管路268を通じてラジエータ330へ循環され、そこで、ファ
ン269によるポンプ動作で熱を大気へ放出している。
The condensed water is discharged from line 262 and sent to pump 263 to raise the water pressure to the level of the supply pressure to gas generator 270. Most of the water output from the pump 263 is sent to the water heater 300 through a pipe 264 to absorb heat from the turbine, and then sent to a gas generator 270 through a pipe 245. The remainder of the water sent from the pump 263 passes through the pipe 265 and is sprayed from the nozzle 266 to the radiator 330 for evaporative cooling. The coolant for the condenser gas is
The heat is circulated to the radiator 330 through a pipe 268 by a pump 267, where heat is released to the atmosphere by a pump operation of a fan 269.

【0047】 蒸気の凝縮後に残った気体状の二酸化炭素は、ダクト271を出てターボ圧縮
器220の圧縮器273に送り込まれて、(凝縮器での圧力が大気圧以下の場合
は)大気圧より少し高く圧縮されてから、ダクト274を経て格納タンク275
へ送られる。圧縮された二酸化炭素は、定期的に除去しやすいよう液体または個
体状に変換してもよいし、現地の環境規則で許可される場合には、大気中へ排出
しても構わない。
The gaseous carbon dioxide remaining after the condensation of the steam exits the duct 271 and is sent to the compressor 273 of the turbo compressor 220, where the atmospheric pressure (if the pressure in the condenser is lower than the atmospheric pressure) After being compressed a little higher, the storage tank 275
Sent to The compressed carbon dioxide may be periodically converted to a liquid or solid form for easy removal or, if permitted by local environmental regulations, released to the atmosphere.

【0048】 本発明の第7実施例は、図10に示すように、前述の実施例の液化装置を含む
が、熱動力エンジンとしてオットーサイクルの断続的であるが自然な燃焼課程を
利用している。本実施例では、蒸気凝縮と水再循環の装置の必要がない。
The seventh embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, includes the liquefier of the previous embodiment, but utilizes the intermittent but natural combustion process of the Otto cycle as a thermal power engine. I have. In this embodiment, there is no need for a device for steam condensation and water recirculation.

【0049】 本例のオットーサイクルの蒸気または蒸気/CO2熱エンジンは、前記で説明 した液化装置に加えて、ダクト35からの酸素、ダクト41からの燃料、ダクト
301からの循環蒸気、または、蒸気/CO2を、それぞれ20重量%、5重量 %、75重量%の適切な比率で予備混合する予備混合器430を備える。その予
備混合気体は、ダクト303と304を経由してレシプロピストン302へ送り
込まれて、圧縮され、現在のオットーサイクルエンジンと同様の点火装置で点火
される。駆動行程の後、蒸気または蒸気/CO2気体は、ダクト305と306 を通じてダイナミック式タービン48へ送られてから、ダクト47へと送り込ま
れる。排出気体のいくらかはダクト301を経て予備混合器430へ戻される。
ダイナミック式タービン48から排出されたガスは、ダクト307から大気中へ
放出される。
The Otto cycle steam or steam / CO 2 heat engine of the present example includes, in addition to the liquefier described above, oxygen from duct 35, fuel from duct 41, circulating steam from duct 301, or A premixer 430 is provided for premixing the steam / CO 2 at the appropriate ratios of 20%, 5% and 75% by weight, respectively. The pre-mixed gas is sent to the reciprocating piston 302 via the ducts 303 and 304, is compressed, and is ignited by an ignition device similar to the current Otto cycle engine. After the drive stroke, the steam or steam / CO 2 gas is sent through ducts 305 and 306 to the dynamic turbine 48 and then into duct 47. Some of the exhaust gas is returned to premixer 430 via duct 301.
The gas discharged from the dynamic turbine 48 is discharged from the duct 307 to the atmosphere.

【0050】 本発明の第8実施例は、図11に示すように、第7実施例と同様であるが、デ
ィーゼル電力サイクルを使うのが異なる。本システムでは、予備加熱器440で
、ダクト35からの酸素とダクト308からの蒸気または蒸気/CO2とを、そ れぞれ23重量%と77重量%の適切な混合比率で混合し、その混合気体をダク
ト311と312と経てレシプロピストン309へ送出し、高い点火前温度まで
圧縮する。ピストンシリンダー内の混合気体の総重量の5%程度の高温の燃料が
、ダクト313から注入され、一定の圧力下で燃焼する。必要に応じて、点火装
置を燃焼シリンダー内に装備する。ピストンが動力行程の下死点に移動するとき
、高温ガスは急激に膨脹する。蒸気/CO2ガスは、ダクト313へ排出され、 ダクト47を経てダイナミック式タービン48へ送られる。排出ガスのいくらか
は、ダクト308から予備加熱器440へ送られる。そして、ダイナミック式タ
ービン48からの排気ガスは、ダクト307から大気中へ放出される。
As shown in FIG. 11, the eighth embodiment of the present invention is similar to the seventh embodiment, except that a diesel power cycle is used. In the present system, preheater 440 mixes oxygen from duct 35 with steam or steam / CO 2 from duct 308 at an appropriate mixing ratio of 23% by weight and 77% by weight, respectively, and The gas mixture is delivered to the reciprocating piston 309 via the ducts 311 and 312 and compressed to a high pre-ignition temperature. A high-temperature fuel of about 5% of the total weight of the gas mixture in the piston cylinder is injected from the duct 313 and burns under a constant pressure. If necessary, equip the ignition device in the combustion cylinder. As the piston moves to the bottom dead center of the power stroke, the hot gas expands rapidly. The steam / CO 2 gas is exhausted to a duct 313 and sent to a dynamic turbine 48 via a duct 47. Some of the exhaust gas is sent from duct 308 to preheater 440. Then, the exhaust gas from the dynamic turbine 48 is discharged from the duct 307 to the atmosphere.

【0051】 図12は、上記の第1から第8の実施例を概念的に示す基本型の低汚染エンジ
ン500を簡略図で示すものである。特定機器を識別するのではなく、図12で
は動力生成サイクル全体の各段階を示す。さらに、図12のエンジン500では
、第1から第8の実施例の精留器や他の液化装置を、より効率的な気体分離プラ
ント530で置き換えている。さらに、この気体分離プラント530の別の例の
詳細を図15と16に示し、以下に詳細に説明する。
FIG. 12 is a simplified diagram showing a basic type low-pollution engine 500 conceptually showing the first to eighth embodiments. Rather than identifying a particular device, FIG. 12 illustrates each stage of the overall power generation cycle. Further, in the engine 500 of FIG. 12, the rectifiers and other liquefaction devices of the first to eighth embodiments are replaced with a more efficient gas separation plant 530. Further details of another example of this gas separation plant 530 are shown in FIGS. 15 and 16 and are described in detail below.

【0052】 前記基本型低汚染エンジン500は、下記の方法で運転する。周囲環境からの
空気が、空気給入口510から空気圧縮器520へ送り込まれる。空気圧縮器5
20は、空気給入口510から給入した空気を加圧して、その圧縮空気を気体分
離プラント530へ送る。気体分離プラント530としては、その気体分離プラ
ント530から濃厚な窒素ガスが濃厚窒素ガス排出口532から、濃厚酸素ガス
が濃厚酸素ガス排出口534から排出できるような、様々な気体分離技法を利用
できる。濃厚な窒素ガス排出口532は典型的には周囲環境へ戻るようになって
いる。濃厚酸素ガス排出口534は、燃焼装置550につながっている。
The basic low-pollution engine 500 operates in the following manner. Air from the surrounding environment is pumped into air compressor 520 through air inlet 510. Air compressor 5
20 pressurizes the air supplied from the air supply inlet 510 and sends the compressed air to the gas separation plant 530. Various gas separation techniques can be utilized for the gas separation plant 530 such that rich nitrogen gas from the gas separation plant 530 can be discharged from the rich nitrogen gas outlet 532 and rich oxygen gas can be discharged from the rich oxygen gas outlet 534. . The rich nitrogen gas outlet 532 is typically adapted to return to the surrounding environment. The rich oxygen gas outlet 534 is connected to the combustion device 550.

【0053】 前記燃焼装置550では、気体分離プラント530からの濃厚酸素ガス燃料が
、燃料供給部540からの水素含有燃料と混合されて、燃焼装置550内で燃焼
が行われる。燃焼装置550内の燃焼生成物の温度を低減するため、かつ、燃焼
装置550からの出る蒸気または蒸気/二酸化炭素の作用液体の送流量を増加さ
せるため、燃焼装置には、水または二酸化炭素の希釈剤が添加される。
In the combustion device 550, the rich oxygen gas fuel from the gas separation plant 530 is mixed with the hydrogen-containing fuel from the fuel supply unit 540, and the combustion is performed in the combustion device 550. To reduce the temperature of the combustion products in the combustion device 550 and to increase the flow rate of the vapor or steam / carbon dioxide working liquid exiting the combustion device 550, the combustion device may include water or carbon dioxide. A diluent is added.

【0054】 前記作用液体は、タービンなどの膨脹器560へ送られる。タービンは、空気
圧縮器520を駆動するため、動力伝達部562を経て空気圧縮器520に接続
されている。図12では、機械式の動力伝達部562の一例としての回転軸が図
示されている。空気圧縮器520を駆動する別の例として、動力アブゾーバ57
0により発電し、その電力の一部を空気圧縮器520を駆動できる電気モータを
駆動するのに使うことも可能である。膨脹器560も、動力伝達部564により
、車両の発電機や自動トランスミッションなどの動力アブゾーバ570に接続さ
れている。膨脹器560は、気体分離プラント530内の機器を駆動するため、
動力伝達部566から気体分離プラント530へも接続されている。
The working liquid is sent to an expander 560 such as a turbine. The turbine is connected to the air compressor 520 via a power transmission unit 562 to drive the air compressor 520. FIG. 12 illustrates a rotating shaft as an example of the mechanical power transmission unit 562. As another example of driving the air compressor 520, the power absorber 57
It can also be used to drive an electric motor capable of driving the air compressor 520, generating electricity with zero. The expander 560 is also connected by a power transmission unit 564 to a power absorber 570 such as a vehicle generator or an automatic transmission. The inflator 560 drives equipment within the gas separation plant 530,
The power transmission unit 566 is also connected to the gas separation plant 530.

【0055】 前記作用液体は、膨脹器560の排出管572から排出される。排出管572
は、凝縮器580につながっている。凝縮器には、その中を冷却剤が流れる冷却
管路592が備わっており、冷却剤により、凝縮器580に給入された作用液体
の水成分が凝縮されるのである。凝縮器から水または水/二酸化炭素混合物の過
剰分を排出するため、水と二酸化炭素の排出口590も備わっている。さらに、
水または水/二酸化炭素の希釈剤を燃焼装置550へ戻すため、凝縮器580か
ら延びた水または水/二酸化炭素の希釈剤用の管路も装備されている。
The working liquid is discharged from a discharge pipe 572 of the expander 560. Discharge pipe 572
Are connected to a condenser 580. The condenser is provided with a cooling line 592 through which the coolant flows, and the coolant condenses the water component of the working liquid supplied to the condenser 580. A water and carbon dioxide outlet 590 is also provided for discharging excess water or a water / carbon dioxide mixture from the condenser. further,
A conduit for water or water / carbon dioxide diluent extending from the condenser 580 is also provided to return the water or water / carbon dioxide diluent to the combustion device 550.

【0056】 説明から明らかなように、空気圧縮器520は、第1実施例のターボ圧縮器1
0と基本的に同じである。気体分離プラント530も、第1実施例の精留器60
と基本的に同じである。燃料供給部540は、第1実施例の燃料タンク37と基
本的に同じである。燃焼装置550は、第1実施例のガス発生器70と基本的に
同じである。膨脹器560は、第1実施例のレシプロエンジン20のレシプロシ
リンダー44、46と基本的に同じである。動力アブゾーバ570は、第1実施
例の動力伝達器30と、凝縮器580は、第1実施例の凝縮器80とそれぞれ基
本的に同じである。それゆえ、図12の500で示した基本型低汚染エンジンの
概略図も、本発明の動力発生サイクルを説明できる。本例の基本型低汚染エンジ
ン500と図1の第1実施例の類似性を説明したが、その類似性は本発明の他の
実施例にも適用できる。
As is clear from the description, the air compressor 520 is the turbo compressor 1 of the first embodiment.
Basically the same as 0. The gas separation plant 530 is also the rectifier 60 of the first embodiment.
And basically the same. The fuel supply unit 540 is basically the same as the fuel tank 37 of the first embodiment. The combustion device 550 is basically the same as the gas generator 70 of the first embodiment. The inflator 560 is basically the same as the reciprocating cylinders 44 and 46 of the reciprocating engine 20 of the first embodiment. The power absorber 570 is basically the same as the power transmitter 30 of the first embodiment, and the condenser 580 is basically the same as the condenser 80 of the first embodiment. Therefore, the schematic diagram of the basic low-pollution engine shown at 500 in FIG. 12 can also explain the power generation cycle of the present invention. Although the similarity between the basic low-pollution engine 500 of the present embodiment and the first embodiment of FIG. 1 has been described, the similarity can be applied to other embodiments of the present invention.

【0057】 図13を参照すると、再生を特徴とする基本型低汚染エンジン600が図示さ
れている。図13に示す再生を特徴とする低汚染エンジン600は、図12の基
本型低汚染エンジン500と同じであるが、膨脹器660から排出される作用液
体の処理が再生に変更されたことが異なる。つまり、再生を特徴とする低汚染エ
ンジン600にも、図12の基本型低汚染エンジン500の構成部品510、5
20、530、540、550、560、570とそれぞれが同様の、空気給入
口610、空気圧縮器620、気体分離プラント630、燃料供給部640、燃
焼装置650、膨脹器660、動力アブゾーバ670が装備されている。
Referring to FIG. 13, a basic low pollution engine 600 featuring regeneration is illustrated. The low-pollution engine 600 featuring regeneration shown in FIG. 13 is the same as the basic low-pollution engine 500 of FIG. 12, except that the processing of the working liquid discharged from the expander 660 is changed to regeneration. . That is, the components 510, 5 and 5 of the basic type low pollution engine 500 shown in FIG.
20, 530, 540, 550, 560, 570, each equipped with an air inlet 610, an air compressor 620, a gas separation plant 630, a fuel supply 640, a combustion device 650, an expander 660, and a power absorber 670. Have been.

【0058】 特に、再生を特徴とする低汚染エンジン600では、作用液体を再生器674
につながった排出口672から排出する。そして作用液体は、再生器674の再
生器排出口676から排出される。再生器排出口676は、凝縮器680につな
がっている。凝縮器680内では、作用液体が、冷却剤流路682を流れる冷却
剤の作用にて冷却されて、二酸化炭素と水とに分離される。二酸化炭素は、凝縮
器680の二酸化炭素排出口684から排出され、水は、凝縮器680の水排出
口686から排出される。水排出口686は、水送流ポンプ688につながって
いる。水の過剰分は、水過剰分排出口690でエンジン600から排出される。
水の残りの量は、再生器水流路692を通じて再生器674へ送られて、そこで
予備加熱される。再生器674からの水または蒸気は、水希釈流路694を通っ
て燃焼装置650へ戻される。
In particular, in the low-pollution engine 600 characterized by regeneration, the working liquid is supplied to the regenerator 674.
Is discharged from the discharge port 672 connected to Then, the working liquid is discharged from the regenerator outlet 676 of the regenerator 674. Regenerator outlet 676 is connected to condenser 680. In the condenser 680, the working liquid is cooled by the action of the coolant flowing through the coolant channel 682, and is separated into carbon dioxide and water. Carbon dioxide is discharged from the carbon dioxide outlet 684 of the condenser 680, and water is discharged from the water outlet 686 of the condenser 680. The water outlet 686 is connected to a water feed pump 688. The excess water is discharged from engine 600 at a water excess outlet 690.
The remaining amount of water is sent through a regenerator water channel 692 to a regenerator 674 where it is preheated. Water or steam from regenerator 674 is returned to combustor 650 through water dilution channel 694.

【0059】 前記凝縮器680の二酸化炭素排出口684も、二酸化炭素を予備加熱するた
め再生器674につながっている。再生器からの二酸化炭素は、二酸化炭素圧縮
器697につながった二酸化炭素流路696へ排出される。二酸化炭素圧縮器6
97は、二酸化炭素の過剰分をエンジン600から除去する二酸化炭素排出口6
98につながっている。必要に応じて、燃焼装置650内で希釈剤として利用す
るため、二酸化炭素の一部を二酸化炭素希釈剤流路699を経て燃焼装置650
へ戻すこともできる。
A carbon dioxide outlet 684 of the condenser 680 is also connected to a regenerator 674 for preheating carbon dioxide. Carbon dioxide from the regenerator is discharged to a carbon dioxide channel 696 connected to a carbon dioxide compressor 697. Carbon dioxide compressor 6
97 is a carbon dioxide outlet 6 for removing excess carbon dioxide from the engine 600.
It is connected to 98. If necessary, a portion of the carbon dioxide is passed through a carbon dioxide diluent flow path 699 for use as a diluent in the combustion device 650.
You can return to.

【0060】 図14を参照すれば、底側サイクル部を備える基本型低汚染エンジン700が
図示されている。図13の再生を特徴とする低汚染エンジン600と同様に、底
側サイクルを特徴とする低汚染エンジン700の大部分も、膨脹器560からの
作用液体の排出課程までは、図12の基本型低汚染エンジン500と同様である
。それゆえ、底側サイクルを特徴とする低汚染エンジン700は、図12のエン
ジン500の構成部品に対応する、空気給入口710、空気圧縮器720、気体
分離プラント730、燃料供給部740、燃焼装置750、膨脹器760、動力
アブゾーバ770がそれぞれ装備されている。
Referring to FIG. 14, a basic low-pollution engine 700 with a bottom cycle is illustrated. Like the low-pollution engine 600 featuring regeneration of FIG. 13, most of the low-pollution engine 700 featuring the bottom cycle also includes the basic type of FIG. 12 up to the step of discharging the working liquid from the expander 560. Similar to the low pollution engine 500. Therefore, the low-pollution engine 700 featuring the bottom cycle has an air inlet 710, an air compressor 720, a gas separation plant 730, a fuel supply 740, a combustion device corresponding to the components of the engine 500 of FIG. 750, an inflator 760, and a power absorber 770, respectively.

【0061】 膨脹器760の排出口772から排出された作用液体は、熱回収蒸気発生器(
HRSG)/凝縮器774に送られる。採用液体が凝縮されて、凝縮器774か
らの水は水排出口775から排出され、凝縮器774からの二酸化炭素は二酸化
炭素排出口776から排出される。二酸化炭素排出口776は、二酸化炭素圧縮
器777、二酸化炭素過剰分排出口778、および、燃焼装置750へ戻すため
の二酸化炭素希釈剤流路779につながっている。
The working liquid discharged from the outlet 772 of the expander 760 is supplied to the heat recovery steam generator (
HRSG) / condenser 774. The employed liquid is condensed, and water from the condenser 774 is discharged from a water outlet 775, and carbon dioxide from the condenser 774 is discharged from a carbon dioxide outlet 776. The carbon dioxide outlet 776 is connected to a carbon dioxide compressor 777, an excess carbon dioxide outlet 778, and a carbon dioxide diluent flow path 779 for returning to the combustion device 750.

【0062】 前記水排出口775は、水過剰分排出口781につながった水送流ポンプ78
0と、底側サイクル再生器787内で水が再生される水再生流路782とにつな
がっている。底側サイクル再生器787から出た水は、水希釈流路783を通り
、燃焼装置750へ戻される。
The water outlet 775 is connected to the water feed pump 78 connected to the excess water outlet 781.
0 and a water regeneration flow path 782 in which water is regenerated in the bottom cycle regenerator 787. The water discharged from the bottom cycle regenerator 787 passes through the water dilution channel 783 and is returned to the combustion device 750.

【0063】 HRSG/凝縮器774と再生器787は、排出口772からHRSG/凝縮
器774へ送り込まれた排出作用液体からの底側サイクルの水を沸騰する底側サ
イクルボイラー784を含む底側サイクル部で駆動される。上側サイクル部にも
、底側サイクルタービン786と、その底側サイクルタービン786からの蒸気
を冷却し水希釈流路783に送り込まれる水を加熱する底部サイクル再生器78
7が含まれる。また、底側サイクル部は、冷却剤管路789内の冷却剤で冷却さ
れる底側サイクル凝縮器788も備える。それゆえ、底側サイクル部の水などの
作用液体は、凝縮器788からボイラー784へと送られ、加熱されて気体に戻
る。HRSG/凝縮器774とボイラー784とは一体化されており、熱変換を
行うが混合を行わないのに注意してほしい。その後、底側サイクルの作用液体は
、動力アブゾーバ770または底側サイクル700を特徴とする低汚染エンジン
の別の構成部品に付与される動力を発生するためのタービン786に送られる。
作用液体は、タービン786から出たあと、凝縮器788へ戻される前に再生器
787で冷却される。
The HRSG / condenser 774 and the regenerator 787 include a bottom cycle including a bottom cycle boiler 784 that boil water of the bottom cycle from the discharge working liquid fed into the HRSG / condenser 774 through the outlet 772. Driven by the unit. The upper cycle section also has a bottom cycle turbine 786 and a bottom cycle regenerator 78 that cools the steam from the bottom cycle turbine 786 and heats the water sent to the water dilution channel 783.
7 is included. The bottom cycle section also includes a bottom cycle condenser 788 that is cooled by the coolant in the coolant line 789. Therefore, a working liquid, such as water in the bottom cycle, is sent from condenser 788 to boiler 784 where it is heated back to gas. Note that the HRSG / condenser 774 and the boiler 784 are integrated and perform heat conversion but no mixing. The working fluid of the bottom cycle is then sent to a turbine 786 to generate power to be applied to a power absorber 770 or another component of a low pollution engine featuring the bottom cycle 700.
After exiting the turbine 786, the working liquid is cooled in a regenerator 787 before returning to the condenser 788.

【0064】 図12から14の気体分離プラント530、630、730は、空気から少な
くとも窒素成分を除去できるかぎり、どのような形式の装置あるいはシステムで
も構わない。例えば、図1から11に示した第1から第8の実施例で説明したよ
うに、気体分離プラント530、630、730に、図1の精留器60などの精
留装置や、その他の、液化により空気から窒素を分離する液化装置を備えること
もできる。
The gas separation plants 530, 630, 730 of FIGS. 12 to 14 can be any type of device or system as long as at least nitrogen components can be removed from the air. For example, as described in the first to eighth embodiments shown in FIGS. 1 to 11, the gas separation plants 530, 630, and 730 may be provided with a rectifying device such as the rectifier 60 of FIG. A liquefier for separating nitrogen from air by liquefaction may be provided.

【0065】 しかしながら、液化課程だけが、空気から少なくとも窒素の一部を除去する処
理法ではない。その他の処理方法も、その目的達成のため利用可能である。下記
に示すような処理法が、上記で説明した極低温液化課程の代わりに利用できる。
気体分離プラント530、630、730で利用できる方法例として、圧力変動
吸着プラント800(図15)がある。圧力変動吸着処理は、真空圧変動吸着と
も呼ばれ、例えば、合成ゼオライトなどの酸素または窒素を吸着および脱着でき
る素材を使うものである。真空圧変動吸着処理は、空気から酸素と窒素を分離す
るのにも利用できる。
However, the liquefaction process is not the only process that removes at least some of the nitrogen from the air. Other processing methods are available to achieve that purpose. Processing methods such as those described below can be used in place of the cryogenic liquefaction process described above.
An example of a method that can be used in the gas separation plants 530, 630, and 730 is a pressure swing adsorption plant 800 (FIG. 15). The pressure fluctuation adsorption treatment is also called vacuum pressure fluctuation adsorption, and uses a material capable of adsorbing and desorbing oxygen or nitrogen such as synthetic zeolite. Vacuum pressure swing adsorption can also be used to separate oxygen and nitrogen from air.

【0066】 一般的に、この処理では、大気圧より高い圧力から低い圧力までの圧力変動で
きる2つのベッド部を利用する。各ベッド部では、吸着から脱着と再生、そして
吸着へと戻る一連のサイクル動作を行う。2つのベッドは、片方が吸着するとき
他方が脱着するよう交互に動作する。それゆえ、ベッド部は、交互に高い酸素含
有量の気体を生成する。本処理においては、広い酸素純度の範囲の気体混合物を
生成できる。一例として、多くの産業分野で利用されるような純度が90%から
94%の酸素が、Praxair社、06810−5113、コネチカット州、
ダンブリー、オールドリッジベリーロード39、製品などの市販の真空圧変動吸
着装置を使って生成できる。
Generally, this process utilizes two beds that can vary in pressure from higher than atmospheric pressure to lower pressure. Each bed performs a series of cycle operations from adsorption to desorption and regeneration, and then back to adsorption. The two beds operate alternately so that one adsorbs while the other desorbs. Therefore, the bed alternately produces a gas with a high oxygen content. In this process, a gas mixture having a wide range of oxygen purity can be generated. As an example, oxygen with a purity of 90% to 94%, as used in many industrial fields, is available from Praxair, Inc., 68810-5113, Connecticut.
It can be produced using a commercial vacuum pressure swing adsorption device such as Danbury, Old Ridgebury Road 39, and the like.

【0067】 図15を参照して、標準的な圧力変動吸着プラント800の構成が図示されて
いる。最初に、空気給入口510と供給圧縮器520は、図12に示す基本型低
汚染エンジン500の空気給入口510と空気圧縮器520と同じものが配備さ
れている。好ましくは、給入空気から粒子を濾過するため、空気給入口と供給圧
縮器の間にはフィルター515を設けるのがよい。供給圧縮器520からの圧縮
された空気は、第1流入管路810と第1流入管路バルブ815を通過して、第
1エンクロジャ820へ送り込まれる。
Referring to FIG. 15, the configuration of a standard pressure swing adsorption plant 800 is illustrated. First, the air inlet 510 and the supply compressor 520 are the same as the air inlet 510 and the air compressor 520 of the basic low-pollution engine 500 shown in FIG. Preferably, a filter 515 is provided between the air inlet and the feed compressor to filter particles from the incoming air. The compressed air from the supply compressor 520 passes through the first inlet line 810 and the first inlet line valve 815 and is sent to the first enclosure 820.

【0068】 第1エンクロジャ820は、酸素または窒素の吸着および脱着を行える適当な
材料を備える。その適用例に利用可能な材料の1つが、ゼオライトである。第1
エンクロジャ820の2つの排出口のうちの、第1酸素排出口830は第1バル
ブ832に、第1窒素排出口835は第1窒素バルブ836に接続されている。
第1窒素排出口835は、窒素排気口839から排出するため第1窒素排出口8
35からの気体を大気圧まで加圧する窒素圧縮器837につながっている。実際
には、第1窒素排出口835や第1酸素排出口830から排出されるのは、純粋
な窒素や酸素ではなく、窒素や酸素の含有量が高い濃厚気体である。
The first enclosure 820 comprises a suitable material capable of adsorbing and desorbing oxygen or nitrogen. One of the materials available for that application is zeolite. First
Of the two outlets of the enclosure 820, the first oxygen outlet 830 is connected to the first valve 832, and the first nitrogen outlet 835 is connected to the first nitrogen valve 836.
The first nitrogen outlet 835 is connected to the first nitrogen outlet 8
It is connected to a nitrogen compressor 837 which pressurizes the gas from 35 to atmospheric pressure. Actually, the exhausted gas from the first nitrogen outlet 835 and the first oxygen outlet 830 is not pure nitrogen or oxygen but a concentrated gas having a high content of nitrogen or oxygen.

【0069】 前記第1酸素排出口830は、バルブ875を備えたサージタンク870につ
ながっており、さらには、酸素供給管路880へ接続している。第1エンクロジ
ャ820と並列に、第2エンクロジャ850が配置されている。第2エンクロジ
ャ850にも、酸素または窒素の吸着および脱着を行うことができる適当な材料
が装填されている。その第2給入管路840は、供給圧縮器520から第2給入
管路バルブ845を経て、第2エンクロジャ850へつながっている。第2エン
クロジャ850からの第2酸素排出口860は、第2酸素排出口バルブ862を
通じてサージタンク870へつながっている。また、第2エンクロジャ850の
第2窒素排出口865は、第2窒素排出バルブ866を経て圧縮器837へつな
がっている。サイクル制御器890により、それらバルブ815、832、83
6、845、862、866、875の開閉動作が制御される。
The first oxygen outlet 830 is connected to a surge tank 870 having a valve 875, and is further connected to an oxygen supply pipe 880. A second enclosure 850 is arranged in parallel with the first enclosure 820. The second enclosure 850 is also loaded with a suitable material capable of adsorbing and desorbing oxygen or nitrogen. The second supply line 840 is connected from the supply compressor 520 via the second supply line valve 845 to the second enclosure 850. A second oxygen outlet 860 from the second enclosure 850 is connected to a surge tank 870 through a second oxygen outlet valve 862. The second nitrogen outlet 865 of the second enclosure 850 is connected to a compressor 837 via a second nitrogen discharge valve 866. By the cycle controller 890, the valves 815, 832, 83
The opening and closing operations of 6, 845, 862, 866, and 875 are controlled.

【0070】 前記圧力変動吸着プラント800の代表的な動作シーケンスは、以下の通りで
ある。最初に、第1窒素排出口バルブ836以外のバルブ全部が閉止されており
、窒素圧縮器837を使って、第1エンクロジャ820内の圧力を大気圧以下に
下げる。そして、第1窒素バルブ836を閉じる。次に、第1給入口バルブ81
5を開放する。第1給入口バルブ815だけが開放され、その他の全部のバルブ
が閉止されるため、供給圧縮器から空気が第1エンクロジャ820に送り込まれ
る。
A typical operation sequence of the pressure fluctuation adsorption plant 800 is as follows. First, all the valves except the first nitrogen outlet valve 836 are closed, and the pressure in the first enclosure 820 is reduced to the atmospheric pressure or lower using the nitrogen compressor 837. Then, the first nitrogen valve 836 is closed. Next, the first supply inlet valve 81
Release 5. Since only the first supply inlet valve 815 is open and all other valves are closed, air is pumped from the supply compressor into the first enclosure 820.

【0071】 第1エンクロジャ820内の圧力が高まるにつれて、第1エンクロジャ820
内の材料が空気中の異なる分子を差別的に吸着し始める。例えば、高圧で窒素を
吸着できるような材料を、選択利用してもよい。圧力が低下すると、吸着は脱着
に変わる。
As the pressure in first enclosure 820 increases, first enclosure 820
The material inside begins to differentially adsorb different molecules in the air. For example, a material that can adsorb nitrogen at high pressure may be selectively used. As the pressure drops, adsorption changes to desorption.

【0072】 つまり、大気圧より高い圧力では材料は窒素を吸着し、大気圧以下の圧力では
脱離する場合、第1エンクロジャ820の圧力が高くなって窒素を吸着し、残り
の酸素濃厚気体を第1エンクロジャ820の第1酸素排出口830から自由に流
れ出るよう、バルブ815、832、836、875が順番に動作する。酸素エ
ンクロジャ820の圧力が大気圧以下のときは、第1エンクロジャ820内の材
料が窒素を脱離し、同時に、第2窒素排出バルブ836は開放されている。この
ようにして、窒素が吸着される場合は、第1エンクロジャ820内の残りの気体
は酸素濃厚となって、第1酸素排出口830から排出され、エンクロジャ820
内の窒素が脱離される場合は、第1エンクロジャ820内では窒素濃厚となって
、第1窒素排出口835から排出され、窒素排気口839へ送られる。
That is, when the material adsorbs nitrogen at a pressure higher than the atmospheric pressure and desorbs at a pressure lower than the atmospheric pressure, the pressure of the first enclosure 820 increases to adsorb the nitrogen, and the remaining oxygen-enriched gas is removed. The valves 815, 832, 836, and 875 operate in order to flow freely from the first oxygen outlet 830 of the first enclosure 820. When the pressure of the oxygen enclosure 820 is lower than the atmospheric pressure, the material in the first enclosure 820 desorbs nitrogen, and at the same time, the second nitrogen discharge valve 836 is open. In this way, when nitrogen is adsorbed, the remaining gas in the first enclosure 820 becomes oxygen-rich and is discharged from the first oxygen outlet 830,
When the nitrogen inside is desorbed, the nitrogen becomes rich in the first enclosure 820, is discharged from the first nitrogen outlet 835, and is sent to the nitrogen outlet 839.

【0073】 前記エンクロジャ820内のゼオライト材は、必要な量の窒素(または酸素)
を吸着するための滞留時間という長所を有する。その時間中には、酸素濃厚また
は窒素濃厚な気体が酸素供給管路880や窒素排気口839へ流れ出すことがな
い。そのため、バルブ815、832、836を閉止して、第1エンクロジャ8
20内のゼオライト材に窒素(または酸素)を吸着させると共に、第1エンクロ
ジャ820と同様の第2エンクロジャ850を使うことが効果的である。
The zeolite material in the enclosure 820 contains a necessary amount of nitrogen (or oxygen).
Has the advantage of a residence time for adsorbing water. During that time, no oxygen-rich or nitrogen-rich gas flows out to the oxygen supply line 880 or the nitrogen exhaust port 839. Therefore, the valves 815, 832, and 836 are closed, and the first enclosure 8 is closed.
It is effective to adsorb nitrogen (or oxygen) to the zeolite material inside 20 and use a second enclosure 850 similar to the first enclosure 820.

【0074】 同様に、バルブ845、862、866を開閉して、第2エンクロジャ850
に前記第1エンクロジャ820で説明したのと同じ方法で動作させる。第2エン
クロジャ850内の材料が窒素(または酸素)を吸着しているとき、第1エンク
ロジャ820内での処理を反対にして、そのゼオライト材に脱離させて、第1エ
ンクロジャ820と第2エンクロジャ850間の交互の動作を繰り返えさせるよ
う管路を接続する。説明から明らかなように、吸着材の滞留時間を高めたり、空
気から酸素濃厚気体の分離する量を増やしたりすることが必要な場合、第1エン
クロジャ820と第2エンクロジャ850の側に同様の装置を追加しても構わな
い。時間経過とともに、第1エンクロジャ820内の酸素または窒素を吸着脱着
する材料の作用効率が、落ちる場合がある。合成ゼオライトの場合、加熱または
適当な手段で再生することが可能である。従って、第1エンクロジャ820内の
材料の効率が落ち始めたときには、加熱処理を行ったり、ゼオライト材を交換し
たりする。吸着材が窒素より酸素を吸着および脱着するよう構成されている場合
は、上記のような圧力変動吸着プラント800の動作を、窒素から酸素を分離で
きるよう調整してもよい。
Similarly, the valves 845, 862, and 866 are opened and closed to open the second enclosure 850.
Then, the first enclosure 820 is operated in the same manner as described above. When the material in the second enclosure 850 is adsorbing nitrogen (or oxygen), the treatment in the first enclosure 820 is reversed and desorbed to the zeolite material, so that the first enclosure 820 and the second enclosure The lines are connected so that the alternate operation between 850 and 850 is repeated. As is apparent from the description, when it is necessary to increase the residence time of the adsorbent or to increase the amount of oxygen-enriched gas separated from air, a similar device is provided on the first enclosure 820 and the second enclosure 850 side. May be added. As time elapses, the operation efficiency of the material that adsorbs and desorbs oxygen or nitrogen in the first enclosure 820 may decrease. In the case of synthetic zeolites, it is possible to regenerate by heating or suitable means. Therefore, when the efficiency of the material in the first enclosure 820 starts to decrease, the heat treatment is performed or the zeolite material is replaced. If the adsorbent is configured to adsorb and desorb oxygen from nitrogen, the operation of the pressure swing adsorption plant 800 as described above may be adjusted to separate oxygen from nitrogen.

【0075】 図16を参照して、気体分離プラント530、630、730内で使う別の装
置やシステムの例が詳細に図示されている。そのような膜利用気体分離システム
900において、空気の成分分離は、給入空気流を圧力下で膜を透過させること
により行われる。膜前後の圧力勾配により、最も透過性が高い成分をその他の成
分よりも早く膜に通過させることができるので、生成物内のその成分含有が濃厚
にでき、同時に、給入空気流からその成分を減らすことできる。
Referring to FIG. 16, an example of another apparatus or system used in the gas separation plant 530, 630, 730 is illustrated in detail. In such a membrane-based gas separation system 900, component separation of the air is performed by passing the incoming air stream through the membrane under pressure. The pressure gradient across the membrane allows the most permeable component to pass through the membrane faster than the other components, thereby enriching the component in the product and, at the same time, removing the component from the incoming air stream. Can be reduced.

【0076】 膜を透過する空気の送流は、以下のような複数の方法で行える。例えば、1)
気体間の分子量の差に基づくクヌーセン流体分離法、2)超微細多孔性分子スク
リーン分離法、3)溶解度と移動度の係数に基づく溶解拡散分離法などがある。
溶解拡散法の場合、まず空気をポリマーに溶解し、その厚さ方向に拡散させて、
生成物流の他方側から蒸発させるのである。
The flow of the air passing through the membrane can be performed by a plurality of methods as described below. For example, 1)
There is a Knudsen fluid separation method based on a difference in molecular weight between gases, 2) an ultrafine porous molecular screen separation method, and 3) a dissolution diffusion separation method based on solubility and mobility coefficients.
In the case of the solution diffusion method, air is first dissolved in a polymer and diffused in the thickness direction.
It evaporates from the other side of the product stream.

【0077】 本例では、いくつかの種類の膜が利用できるが、それぞれが特定条件での長所
をもっている。例えば、セルロースアセテート膜は、酸素と窒素の分離係数はよ
いが、束密度は低い。超多孔性ポリスルホン基板上に設置した薄膜フィルム複合
膜は、セルロースアセテートより分離係数が低いが、同じ圧力差でも束密度は高
い。その処理法を繰り返すことにより、生成物流内の酸素濃度を高くすることが
できる。例えば、1つの膜を2回透過させると、空気中の酸素の濃度をほぼ50
%高くできる。
In this example, several types of films can be used, each having advantages under specific conditions. For example, a cellulose acetate membrane has a good separation coefficient between oxygen and nitrogen, but a low bundle density. The thin film composite membrane installed on the superporous polysulfone substrate has a lower separation coefficient than cellulose acetate, but has a high bundle density even at the same pressure difference. By repeating the treatment, the oxygen concentration in the product stream can be increased. For example, if a membrane is permeated twice, the concentration of oxygen in the air becomes almost 50%.
% Higher.

【0078】 前記で説明した膜方法は、大気温度に近い温度で行う。温度上昇による周囲温
度より高い温度の発生が、膜前後の圧力差をつくるための給入空気流の加圧の結
果からの温度上昇として、引き起こされる場合がある。
The film method described above is performed at a temperature close to the atmospheric temperature. The rise in temperature above ambient due to the rise in temperature may be caused as a rise in temperature as a result of pressurization of the incoming air flow to create a pressure differential across the membrane.

【0079】 別の膜分離法では、電子セラミック膜を使う。電子セラミックは、イオン移動
を可能にするイオン個体溶液である。酸化物イオンが所定の移動性を獲得するに
は、その大きさや荷電のせいで、個体酸化物格子エネルギーに打ち勝つために高
い温度(約800°F(426.7℃))が必要となる。電子セラミック膜法は
、動力発生運転から生成される不要物を膜の所望動作温度を達成するために利用
できるため、本発明で説明する動力生成をいっそう統合できる。例えば、図12
に示すような膨脹器560とガス発生器550を、膨脹器560から排出される
作用液体が排出口572での温度が800°F(426.7℃)またはそれ以上
となるよう、構成する。すると作用液体は、熱交換器へ戻って、気体拡張システ
ム530で使えるよう電子セラミック膜を800°F(426.7℃)まで加熱
することができる。
In another membrane separation method, an electronic ceramic membrane is used. Electroceramics are ionic solid solutions that enable ion transfer. Oxide ions require a high temperature (approximately 800 ° F. (426.7 ° C.)) to overcome the solid oxide lattice energy, due to their size and charge, in order to obtain the desired mobility. The electroceramic membrane method can further integrate the power generation described in the present invention because the waste generated from the power generation operation can be used to achieve the desired operating temperature of the membrane. For example, FIG.
The expander 560 and the gas generator 550 as shown in FIG. 7 are configured such that the working liquid discharged from the expander 560 has a temperature at the outlet 572 of 800 ° F. (426.7 ° C.) or higher. The working liquid can then return to the heat exchanger and heat the electronic ceramic membrane to 800 ° F (426.7 ° C) for use in the gas expansion system 530.

【0080】 酸素イオンは、膜前後の圧力差のおかげで、格子中を移動できる。膜の酸素高
分圧側では、4個の電子を受け取って2つの空きを埋めるので酸素が減少する。
酸素低分圧側では、逆作用により空きが増える。そして、低分圧側の酸化物イオ
ンは、酸素の遊離により除去されるのである。膜での拡散率は、イオンの移動度
により決まる。この移動度は、素材によって異なる特性であり、その大きさ、荷
電、格子内のカチオンの配置に依存するものである。電子セラミック膜を構成す
る素材として、イットリウム安定化ジルコニアがある。
Oxygen ions can move through the lattice thanks to the pressure difference across the membrane. On the high oxygen partial pressure side of the film, four electrons are received and two vacancies are filled, so that oxygen decreases.
On the low oxygen partial pressure side, vacancies increase due to the adverse effect. Then, the oxide ions on the low partial pressure side are removed by liberation of oxygen. The diffusivity in a film is determined by the mobility of ions. The mobility is a characteristic that differs depending on the material, and depends on the size, charge, and arrangement of cations in the lattice. As a material constituting the electronic ceramic film, there is yttrium-stabilized zirconia.

【0081】 図16を参照して、気体分離プラント530、630、730で使う膜利用気
体分離システムの別の例が番号900を付けて図示されている。本実施例の気体
分離プラントにおいては、基本型低汚染エンジン500に関する図12に示すよ
うな空気給入口510と同じような供給圧縮器520の空気給入口510と供給
圧縮器520が図示されている。圧縮空気は合流点910へ送られ、そこで、膜
設置室から再処理のため戻された戻り量と合流される。合流点排出口915は、
合流点910の唯一の排出口である。合流点排出口915は、第1膜エンクロジ
ャ920につながっている。
Referring to FIG. 16, another example of a membrane-based gas separation system for use in a gas separation plant 530, 630, 730 is shown at 900. In the gas separation plant of this embodiment, an air inlet 510 and a feed compressor 520 of a feed compressor 520 similar to the air inlet 510 as shown in FIG. . The compressed air is sent to a junction 910 where it is combined with the return volume returned from the membrane installation chamber for reprocessing. The junction outlet 915 is
It is the only outlet at the junction 910. The junction outlet 915 is connected to the first membrane enclosure 920.

【0082】 前記第1膜エンクロジャ920は、エンクロジャ内部を2つの区画に分ける膜
と給入口とを有する。エンクロジャの排出口は、2つである。そのうちの一方の
排出口は、給入口と同じ膜の側にあり、他方の排出口は給入口の膜反対側に位置
する。窒素よりも酸素をより早く透過させるような膜の場合、濃厚酸素排出口9
24は膜の下流側に配置され、濃厚窒素排出口926は膜の給入靴915と同じ
側に配置される。。窒素をより早く透過させるような膜の場合、排出口の配置は
その逆になる。
The first membrane enclosure 920 has a membrane for dividing the inside of the enclosure into two sections, and a supply port. The enclosure has two outlets. One of the outlets is on the same side of the membrane as the inlet and the other outlet is on the opposite side of the inlet to the membrane. For membranes that allow oxygen to permeate faster than nitrogen, a rich oxygen outlet 9
24 is located downstream of the membrane and the rich nitrogen outlet 926 is located on the same side of the membrane as the input shoe 915. . For membranes that allow nitrogen to pass faster, the arrangement of the outlets is reversed.

【0083】 前記合流点915を通過した流量は、給入口から第1膜エンクロジャ920に
送り込まれる。第1膜エンクロジャ920内では酸素がより早く膜を通過するた
め、標準の大気の酸素含有量に比べて、濃厚酸素排出口924を通過する気体は
酸素含有量が高く、濃厚窒素排出口926では窒素含有量が大気の標準状態より
も高くなる。
The flow rate having passed through the junction 915 is sent from the supply port to the first membrane enclosure 920. Since oxygen passes through the membrane faster in the first membrane enclosure 920, the gas passing through the rich oxygen outlet 924 has a higher oxygen content than the standard atmospheric oxygen content, and the rich nitrogen outlet 926 has a higher oxygen content. The nitrogen content is higher than atmospheric standard conditions.

【0084】 前記濃厚酸素排出口924は、第2膜エンクロジャ930につながっており、
その濃厚酸素給入口932から第2膜エンクロジャ930へ送り込まれる。第2
膜エンクロジャ930は、第1膜エンクロジャ920と同様の構成である。それ
ゆえ、第2膜エンクロジャ930内にも膜が装備され、膜の濃厚酸素給入口93
2の反対側には超濃厚酸素排出口934と、第2膜エンクロジャ930内の膜の
濃厚酸素給入口932と同じ共通側には第2排出口938との、2つの排出口が
ある。
The rich oxygen outlet 924 is connected to the second membrane enclosure 930,
The oxygen is supplied from the rich oxygen supply port 932 to the second membrane enclosure 930. Second
The membrane enclosure 930 has the same configuration as the first membrane enclosure 920. Therefore, a membrane is also provided in the second membrane enclosure 930, and the membrane rich oxygen supply port 93 is provided.
There are two outlets on the opposite side of 2, an ultra-rich oxygen outlet 934 and a second outlet 938 on the same common side as the rich oxygen inlet 932 of the membrane in the second membrane enclosure 930.

【0085】 前記超濃厚酸素排出口934は、前に説明したエンジン500、600、70
0のうちのいずれかの内部で使う酸素供給部936につながっている。第2排出
口938を通過する気体には、一般的には、圧力だけがそれより高い標準の大気
状態と同じ含有率の酸素と窒素が含まれる。第2排出口938から合流点910
に戻って、供給圧縮器520から排出された空気と合流し、前に説明した第1膜
エンクロジャ920を再び通過する。
The ultra-rich oxygen outlet 934 is connected to the engine 500, 600, 70 described above.
0 is connected to an oxygen supply 936 used inside. The gas passing through the second outlet 938 typically contains oxygen and nitrogen at the same content as standard atmospheric conditions, only higher in pressure. From the second outlet 938 to the junction 910
And merges with the air discharged from the supply compressor 520 and again passes through the first membrane enclosure 920 described above.

【0086】 前記第1膜エンクロジャ920の窒素濃厚排出口926から第3膜エンクロジ
ャ940へ送られ、その濃厚窒素給入口942から第3膜エンクロジャ940へ
送り込まれる。第3膜エンクロジャ940は、第1膜エンクロジャ920や第2
膜エンクロジャ930と構成が同じであり、第3膜エンクロジャ940にも膜が
装備されており、第3膜エンクロジャ940からの排出口も2つ備わる。そのう
ちの一方は、第3膜エンクロジャ940の膜の濃厚窒素給入口942と同じ側に
位置する超濃厚窒素排出口944である。超濃厚窒素排出口944は、周囲大気
につながっており、高窒素含有気体が所望されるような処理で利用する。
The nitrogen is supplied to the third membrane enclosure 940 from the nitrogen rich outlet 926 of the first membrane enclosure 920, and is sent to the third membrane enclosure 940 from the rich nitrogen inlet 942. The third membrane enclosure 940 includes the first membrane enclosure 920 and the second
The configuration is the same as that of the membrane enclosure 930. The third membrane enclosure 940 is also provided with a membrane, and has two outlets from the third membrane enclosure 940. One of them is an ultra-rich nitrogen outlet 944 located on the same side of the membrane of the third membrane enclosure 940 as the rich nitrogen inlet 942. The ultra-rich nitrogen outlet 944 is connected to the ambient atmosphere and is used in processes where a high nitrogen-containing gas is desired.

【0087】 第3膜エンクロジャ940の他方の排出口は、その膜の濃厚窒素給入口942
の反対側に位置する第3透過流戻り部948である。第3透過流戻り部948は
、合流点910につながっており、第3膜エンクロジャ940の第3透過流戻り
部948から排出された未だに圧力が掛かった空気が処理される。第3透過流戻
り部948からの空気は、その成分が第2の透過流戻り部938や供給圧縮器5
20からのものを基本的に同じである。
The other outlet of the third membrane enclosure 940 is connected to the rich nitrogen inlet 942 of the membrane.
The third permeate flow return portion 948 is located on the opposite side of the third permeate flow. The third permeate flow return 948 is connected to the junction 910 to process the still-pressurized air discharged from the third permeate flow return 948 of the third membrane enclosure 940. The air from the third permeate return section 948 has its components separated from the second permeate flow return section 938 and the supply compressor 5.
The ones from 20 are basically the same.

【0088】 第1膜エンクロジャ920、第2膜エンクロジャ930、第3膜エンクロジャ
940内ではさまざまな形式の膜が利用できるが、その形式により、図16に示
す膜利用気体分離プラント900内の、膜エンクロジャ920、930、940
、それら透過エンクロジャ920、930、940間の気体を搬送する管路、お
よび、その他の部品の構成が変わるものではない。
Various types of membranes can be used in the first membrane enclosure 920, the second membrane enclosure 930, and the third membrane enclosure 940, and depending on the types, the membranes in the membrane-based gas separation plant 900 shown in FIG. Enclosures 920, 930, 940
The configuration of the pipeline for transporting the gas between the transmission enclosures 920, 930, and 940 and other components does not change.

【0089】 以上のように空気から窒素と酸素を分離するための様々な方法を説明してきた
が、本実施例の説明は、気体分離法や装置を同定するためのものではない。例え
ば、経済的かつその他の懸案から、上記の方法を効果的に組み合わせて適用する
ことも可能である。上記の実施例は、むしろ、燃焼装置に供給する気体内の酸素
量を濃厚にし、燃焼装置に供給する気体の対応する窒素量を低減するという目的
を達成するために、上記の分離方法が利用できることを提示するためのものであ
る。燃焼装置550、650、750などの燃焼装置へ送られる窒素量を減らす
ことにより、それら燃焼装置550、650、750内における燃焼からの生成
物としての窒素酸化物の量を削減でき、その結果、低汚染燃焼式の動力発生が可
能となる。
Although various methods for separating nitrogen and oxygen from air have been described above, the description of this embodiment is not for identifying a gas separation method or an apparatus. For example, the above methods can be effectively combined and applied from economic and other concerns. Rather, the above embodiments utilize the above separation method to achieve the objective of enriching the amount of oxygen in the gas supplied to the combustor and reducing the corresponding amount of nitrogen in the gas supplied to the combustor. It is intended to show what can be done. By reducing the amount of nitrogen sent to the combustion devices, such as the combustion devices 550, 650, 750, the amount of nitrogen oxides as a product of combustion in the combustion devices 550, 650, 750 can be reduced, and Low pollution combustion type power generation becomes possible.

【0090】 さらに、上記の本発明の説明から、本文で説明し、付随する発明の請求項に記
載した本発明の範囲を逸脱することなく、様々な異なる変更が可能であるのも明
白であろう。上記の説明は、本発明を実施する最良の形態を記述したものであっ
て、当業者が本発明を実行することが可能にするものであり、ここに開示された
本発明の範囲を制限するものでないことも理解できよう。
Further, from the above description of the invention, it will be apparent that various different modifications may be made without departing from the scope of the invention as described herein and as set forth in the accompanying claims. Would. The above description describes the best mode for carrying out the invention, and enables one skilled in the art to practice the invention, which limits the scope of the invention disclosed herein. You can understand that it is not a thing.

【0091】 (産業上の利用可能性) 本発明は、低汚染またはゼロ汚染燃焼式の動力発生システムを提供する産業上
の能力示すものである。そのようなシステムは、運送用や固定式の動力環境で利
用が可能である。多くの国の政府が、動力発生システムが発生する汚染物の量を
規制している。本発明は、低汚染燃焼式動力発生システムの必要性に言及するも
のである。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention demonstrates the industrial ability to provide a low pollution or zero pollution combustion power generation system. Such systems can be used in transportation or in stationary power environments. Many governments regulate the amount of pollutants generated by power generation systems. The present invention addresses the need for a low pollution combustion power generation system.

【0092】 本発明の別の目的は、高効率の燃焼式動力発生システムを提供することである
Another object of the present invention is to provide a highly efficient combustion type power generation system.

【0093】 本発明の別の目的は、副生成物として水も作り出すことのできる動力発生シス
テムを提供することである。水の乏しい地域では本発明により作り出される副生
成物の水が特に役に立つ。
[0093] Another object of the present invention is to provide a power generation system that can also produce water as a by-product. In areas where water is scarce, the by-product water produced by the present invention is particularly useful.

【0094】 本発明の別の目的は、動力発生システムの燃焼の副生成物である窒素酸化物を
削減または消滅できるよう、炭化水素燃料を燃焼するのに空気を使用する前に、
空気から窒素を分離する気体処理プラントを備えた燃焼式動力発生システムを提
供することである。
[0094] Another object of the present invention is to reduce the use of air to burn hydrocarbon fuels so that nitrogen oxides, a by-product of the combustion of the power generation system, can be reduced or eliminated.
An object of the present invention is to provide a combustion type power generation system having a gas processing plant for separating nitrogen from air.

【0095】 その産業上の利用可能性を示せるような本発明のその他の目的は、本発明の上
記の説明、付随する図面、および、付随の発明の請求項の熟読から明らかになる
であろう。
[0095] Other objects of the present invention that will show their industrial applicability will become apparent from a perusal of the above description of the invention, the accompanying drawings, and the appended claims. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 車両やその他に適用するための低汚染または無汚染のハイブリッド動力システ
ムであって、燃料反応物がメタン、プロパン、純化天然ガス、アルコール(メタ
ノールやエタノール)などの軽質炭化水素である、本発明の一実施例およびその
要素や結合性を示す概略図である。
FIG. 1 is a low-pollution or non-pollution hybrid power system for use in vehicles and other applications, wherein the fuel reactants are light hydrocarbons such as methane, propane, purified natural gas, and alcohols (methanol and ethanol). FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention and its components and connectivity.

【図2】 車両やその他に適用するための低汚染または無汚染のハイブリッド動力システ
ムであって、燃料が気体状水素である、本発明の一実施例を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating one embodiment of the present invention, a low or low pollution hybrid power system for application to vehicles and others, wherein the fuel is gaseous hydrogen.

【図3】 クルーズ運転や連続運転時の車両やその他に適用するための低汚染または無汚
染のハイブリッド動力システムであって、始動時やその直後には、開放ブレイト
ンサイクルモードでエンジンを運転して汚染物をわずかに排出するような、本発
明の一実施例を示す概略図である。
FIG. 3 is a low-pollution or non-pollution hybrid power system to be applied to a vehicle or the like during cruise driving or continuous driving, in which an engine is operated in an open Brayton cycle mode at start-up or immediately thereafter. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention that emits a small amount of contaminants.

【図4】 圧縮段階間でインタークーラ動作をする開放ブレイトンサイクルである、図3
の双モードエンジンで使う2つのモードのうちの第1番目のサイクル動作(モー
ドI)を示す、作用液体の温度/エントロピーのグラフ図である。
FIG. 4 is an open Brayton cycle with intercooler operation between compression stages, FIG.
FIG. 4 is a graph of the temperature / entropy of the working liquid showing the first cycle operation (mode I) of the two modes used in the dual mode engine of FIG.

【図5】 再生動作を伴うランキンサイクルである、図3の双モードエンジンで使う第2
番目のサイクル動作(モードII)を示す、作用液体の温度/エントロピーのグ
ラフ図である。
5 is a Rankine cycle with a regeneration operation, the second used in the dual mode engine of FIG. 3;
FIG. 7 is a graph of temperature / entropy of the working liquid showing a second cycle operation (mode II).

【図6】 図1と同様の、性能改善のため動力サイクルに2個の再加熱器を追加した、車
両やその他に適用するための低汚染または無汚染のハイブリッド動力システムで
あって、本サイクルの燃料反応物が軽質炭化水素である、本発明の一実施例およ
び関連要素を示す概略図である。
FIG. 6 is a low-pollution or non-pollution hybrid power system similar to that of FIG. 1 in which two reheaters are added to a power cycle to improve performance, and which are applied to vehicles and other vehicles. 1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of the present invention and related components, wherein the fuel reactant is a light hydrocarbon.

【図7】 図2と同様の、性能改善のため動力サイクルに2個の再加熱器を追加した、低
汚染または無汚染のハイブリッド動力システムであって、本サイクルの燃料反応
物が水素である、本発明の一実施例および関連要素を示す概略図である。
FIG. 7 is a low-pollution or non-pollution hybrid power system similar to FIG. 2, with the addition of two reheaters to the power cycle for improved performance, wherein the fuel reactant of the cycle is hydrogen. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention and related elements.

【図8】 性能改善のための再生動作およびを再加熱を伴うランキンサイクルである、図
6と7に示す熱エンジンで使う動力サイクルのための作用液体の温度/エントロ
ピーのグラフ図である。
FIG. 8 is a graph of working liquid temperature / entropy for the power cycle used in the heat engine shown in FIGS. 6 and 7, which is a Rankine cycle with regeneration operation and reheating for performance improvement.

【図9】 サイクル効率や動力密度を上がるため再生と再加熱を利用するランキン動力サ
イクルを行う、電気モータ駆動部とランキン動力サイクル利用ダイナミック式タ
ーボ機器とを備えた低汚染または無汚染のハイブリッドエンジンを特徴とする本
発明の一実施例を示す概略図である。
FIG. 9 is a low-pollution or non-pollution hybrid engine equipped with an electric motor drive and a dynamic turbo device using Rankine power cycle for performing a Rankine power cycle using regeneration and reheating to increase cycle efficiency and power density. It is the schematic which shows one Example of this invention characterized by this.

【図10】 電気モータ駆動部とオットー動力サイクルレシプロエンジンとを備えた低汚染
または無汚染のハイブリッドエンジンを特徴とする本発明の一実施例を示す概略
図である。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating one embodiment of the present invention featuring a low-pollution or non-pollution hybrid engine with an electric motor drive and an Otto power cycle reciprocating engine.

【図11】 電気モータ駆動部とディーゼル動力サイクルレシプロエンジンとを備えた低汚
染または無汚染のハイブリッドエンジンを特徴とする本発明の一実施例を示す概
略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention featuring a low-pollution or non-pollution hybrid engine with an electric motor drive and a diesel power cycle reciprocating engine.

【図12】 前記実施例の精留器と空気液化装置を、液化法、蒸気圧変動吸着法、膜利用気
体分離法などのさまざまな技術の1つを使って空気から窒素を分離する気体分離
プラントで置き換えた、基本型低汚染エンジンを示す概略図である。
FIG. 12 is a gas separation method for separating nitrogen from air using the rectifier and the air liquefaction apparatus of the above embodiment using one of various technologies such as a liquefaction method, a vapor pressure fluctuation adsorption method, and a membrane gas separation method. FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic low-pollution engine replaced with a plant.

【図13】 本文に記述するサイクル動作中に再生処理を備えた、図12に示すものと同じ
装置の概略図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of the same device as shown in FIG. 12, with the regenerating process during the cycle operation described herein.

【図14】 効率をあげるための底側サイクルを特徴的とする双サイクルを備えた、図12
と13に示すものと同じ装置の概略図である。
FIG. 12 with twin cycles featuring a bottom cycle for increased efficiency.
14 is a schematic diagram of the same device as shown in FIGS.

【図15】 図12−14に示すエンジンのうちの1つの気体分離プラントとして使う標準
的圧力変動吸着プラントの概略図である。
FIG. 15 is a schematic diagram of a standard pressure swing adsorption plant used as a gas separation plant of one of the engines shown in FIGS. 12-14.

【図16】 図12−14に示す気体分離プラントのサイクルの一部として使う酸素と窒素
の膜透過2段階濃厚化システムの概略図である。
FIG. 16 is a schematic diagram of a two-stage oxygen and nitrogen membrane permeation enrichment system for use as part of the cycle of the gas separation plant shown in FIGS. 12-14.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01K 25/06 F02B 29/04 K 4D047 F02B 29/04 33/00 C 33/00 43/10 B 43/10 73/00 A 73/00 F02D 19/02 B F02D 19/02 F02G 5/02 B F02G 5/02 F02M 25/10 B F02M 25/10 F25J 3/04 102 F25J 3/04 102 B60K 9/00 C (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 3G005 DA01 DA02 DA05 DA06 EA04 EA14 EA23 EA25 FA35 HA05 HA13 HA15 3G081 BA18 BA20 3G092 AA01 AA02 AA04 AB01 AB05 AB07 AB08 AB09 AB17 AB18 AC02 DB03 DB04 DB05 DC14 DE18S DF01 DF02 DF03 FA17 FA24 4D006 GA41 HA41 JA56A KA02 KA54 KA55 KA63 KA72 KB30 KE16Q KE16R MA06 MB04 MC03 MC18 MC62 PB17 PB62 PB63 PC71 4D012 CA05 CA06 CB16 CD07 CH01 CH02 CH07 CH08 4D047 AA08 AB01 CA04 DA12 DA17──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) F01K 25/06 F02B 29/04 K 4D047 F02B 29/04 33/00 C 33/00 43/10 B 43 / 10 73/00 A 73/00 F02D 19/02 B F02D 19/02 F02G 5/02 B F02G 5/02 F02M 25/10 B F02M 25/10 F25J 3/04 102 F25J 3/04 102 B60K 9/00 C (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ) BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE , ES, FI, GB, GE, GH, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN , YU, ZW F term (reference) 3G005 DA01 DA02 DA05 DA06 EA04 EA14 EA23 EA25 FA35 HA05 HA13 HA15 3G081 BA18 BA20 3G092 AA01 AA02 AA04 AB01 AB05 AB07 AB08 AB09 AB17 AB18 AC02 DB03 DB04 DB05 DC14 DE18S DF01 FA JA56A KA02 KA54 KA55 KA63 KA72 KB30 KE16Q KE16R MA06 MB04 MC03 MC18 MC62 PB17 PB62 PB63 PC71 4D012 CA05 CA06 CB16 CD07 CH01 CH02 CH07 CH08 4D047 AA08 AB01 CA04 DA12 DA17

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水冷却を組み合わせて、酸素と水素または単純アルコールの
完全燃焼の生成物を作用液体として利用する低汚染再生ランキンサイクルエンジ
ンを並列に備える電気モータ駆動からなるハイブリッドエンジンであって、 ダイナミック式タービン手段で駆動されるアルタネータから電流を供給される
バッテリー手段から電流を受入し、動力伝達手段に接続された電気モータ手段と
、 供給部からの空気を受入できるよう配備された給入口と排出口とを備え、かつ
、空気の圧力をその給入口よりも高い値に上げる手段を備えるダイナミック式圧
縮手段と、 前記ダイナミック式圧縮手段排出口から空気を受入する手段と流出口とを備え
、かつ、空気を冷却する手段も備える第1インタークーラ手段と、 前記第1インタークーラ流出口からの空気を受入できるよう配備された給入口
と排出口とを備え、かつ、空気の圧力をその給入口よりも高い値に上げる手段を
備えるレシプロ式圧縮手段と、 前記レシプロ式圧縮手段排出口から空気を受入する手段と流出口とを備え、か
つ、空気を冷却する手段も備える第2インタークーラ手段と、 前記第2インタークーラ流出口からの空気を受入する手段と流出口とを備え、
かつ、二酸化炭素、水、水蒸気、油分を空気から除去する手段を備えるスクラバ
ー手段と、 前記スクラバー手段の流出口から空気を受入できるよう配置された給入口と流
出口とを備え、気体窒素冷却手段に流体接続されている熱交換器手段と、 前記熱交換器手段から空気を受入する給入口と排気口を備え、かつ、空気の圧
力を給入口よりも低い値に下げる手段を備えるターボ膨脹器手段と、 前記ターボ膨脹器手段の排気口から空気を受入できるよう配置された給入口と
気体窒素流出口と気体酸素流出口を備え、かつ、気体窒素と気体酸素を空気から
分離する手段を備える精留器手段と、 前記熱交換器手段が、前記精留器流出口から気体窒素を受入できるよう配置さ
れた気体窒素給入口と気体窒素流出口と備え、 前記精留器流出口から気体酸素を受入できるよう配置され、排出口を備え、か
つ、気体酸素の圧力を給入口より高い値に上げる手段を備えるターボ膨脹器駆動
ダイナミック式圧縮器手段と、 供給手段からの炭化水素燃料を受入できるよう配備された給入口と排出口とを
備え、かつ、燃料の圧力をその給入口よりも高い値に上げる手段を備えるレシプ
ロ式圧縮手段と、 供給手段からの低圧の水を受入できるよう配備された給入口と排出口とを備え
、かつ、低圧水の圧力をその給入口よりも高い値に上げる手段を備える高圧水ポ
ンプ手段と、 前記ターボ膨脹器駆動ダイナミック式圧縮器排出口から酸素を、前記レシプロ
式圧縮器排出口から高圧燃料を、高圧熱水加熱器から熱水を受入する給入手段と
、蒸気と二酸化炭素の高温ガスを生成するため、前記高圧酸素と高圧燃料とを完
全に燃焼させる手段と、蒸気と二酸化炭素の低温混合物を生成するためその高温
ガスを前記高圧水で冷却する手段と、流出口とを備えるガス発生手段と、 前記電気モータに接続された前記動力伝達部へ動力を送れるよう、前記ガス発
生器の流出ガスを受入できるよう配備された給入口と排気口とを備え、かつ、ガ
スの圧力をその給入口よりも低い値に下げる手段を備えるレシプロ式タービン手
段と、 前記レシプロ式タービン排気口からガスを受入する給入手段と排気口とを備え
、かつ、ガスの圧力をその給入口よりも低い値に下げる手段と備え、前記ダイナ
ミック式空気圧縮器に接続され、かつ、前記電気モータ用バッテリーの電力を発
電するための前記アルタネータに接続されたダイナミック式タービンと、 前記水加熱器手段が、前記ダイナミック式タービン排気口からガスを受入する
給入手段と、高圧供給手段から冷水を受入する手段と、そのガスの熱を冷水に転
移する手段と、ガス流出口と、高圧熱水流出口とを備え、 前記水加熱器の流出ガスを受入する給入手段と、ラジエータ流出口から冷却剤
を受入する手段と、蒸気を水に凝縮して、二酸化炭素気体を分離するため、ガス
の熱を冷却剤に転移する手段と、それらの凝縮された水、二酸化炭素気体、加熱
された冷却剤を排出する手段とを備える凝縮器手段と、 前記凝縮器流出口の水を受入できるよう配置された給入口と、水の圧力をその
給入口よりも高い値に上げる手段と、前記水加熱器の冷水給入口のための排出口
と、ラジエータ蒸発冷却水の排出口とを備えるポンプ手段と、 前記ラジエータ手段が、前記凝縮器の暖気冷却剤を受入する手段と、暖気冷却
剤を大気で冷却する手段と、スプレーノズルからの前記ポンプ蒸発冷却排水を使
って大気を蒸発冷却する手段と、冷却剤を排出する流出手段と、前記凝縮器の冷
却剤から熱を吸収するため大気を循環させるファン手段とを備え、 前記凝縮器流出口から気体二酸化炭素を受入する給入手段と、排出口と、二酸
化炭素の圧力をその給入口よりの高い値に上げる手段とを備えるレシプロ式圧縮
器手段と、 前記レシプロ式圧縮器の二酸化炭素排出を受入する手段と、定期的除去のため
二酸化炭素をコンパクトな液体または個体に変換する手段とを備える二酸化炭素
変換格納手段とから成るハイブリッドエンジン。
1. A hybrid engine comprising an electric motor drive in parallel with a low-pollution regenerative Rankine cycle engine combining water cooling and utilizing the product of complete combustion of oxygen and hydrogen or simple alcohol as a working liquid, Electric motor means connected to the power transmission means for receiving current from the battery means supplied with current from the alternator driven by the dynamic turbine means, and a supply port arranged to receive air from the supply section; A dynamic compression means comprising a discharge port, and means for raising the pressure of air to a value higher than its supply port; anda means for receiving air from the dynamic compression means discharge port, and an outlet. And first intercooler means also provided with means for cooling the air; A reciprocating compression means comprising a supply port and a discharge port arranged to receive air, and a means for raising the pressure of air to a value higher than the supply port, from the reciprocating compression means discharge port A second intercooler having air receiving means and an outlet, and also having air cooling means; and a means for receiving air from the second intercooler outlet and an outlet,
And a scrubber means including means for removing carbon dioxide, water, water vapor, and oil from air, a gas nitrogen cooling means, comprising: a supply port and an outlet arranged to receive air from an outlet of the scrubber means. A turbo-expander comprising a heat exchanger means fluidly connected to the heat exchanger means, an inlet and an outlet for receiving air from the heat exchanger means, and means for reducing the pressure of the air to a value lower than the inlet. A gas inlet, a gas nitrogen outlet, and a gas oxygen outlet arranged to receive air from an outlet of the turboexpander means, and means for separating gas nitrogen and gas oxygen from the air. A rectifier means, the heat exchanger means comprising a gas nitrogen inlet and a gas nitrogen outlet arranged to receive gas nitrogen from the rectifier outlet, and a gas from the rectifier outlet A turbo-expander driven dynamic compressor means arranged to receive the source gas, having an outlet, and means for increasing the pressure of gaseous oxygen to a value higher than the inlet, receiving hydrocarbon fuel from the supply means A reciprocating compression means having a supply port and a discharge port arranged so as to be capable of raising the pressure of fuel to a value higher than the supply port, and a means for receiving low-pressure water from the supply means. High-pressure water pump means having a supply port and a discharge port, and means for raising the pressure of the low-pressure water to a value higher than that of the supply port, and supplying oxygen from the turbo-expander driven dynamic compressor discharge port. A supply means for receiving high-pressure fuel from the reciprocating compressor outlet and hot water from the high-pressure hot water heater; and the high-pressure oxygen and high-pressure fuel for producing high-temperature gas of steam and carbon dioxide. Means for completely burning the gas, means for cooling the hot gas with the high-pressure water to produce a low-temperature mixture of steam and carbon dioxide, gas generating means comprising an outlet, and connected to the electric motor. Means for supplying power to the power transmission unit, comprising a supply port and an exhaust port arranged to receive the outflow gas of the gas generator, and a means for lowering the gas pressure to a value lower than the supply port. A reciprocating turbine means, comprising a supply means and an exhaust port for receiving gas from the reciprocating turbine exhaust port, and a means for lowering the gas pressure to a value lower than the supply port thereof, the dynamic type A dynamic turbine connected to an air compressor, and connected to the alternator for generating electric power of the electric motor battery; andthe water heater means, A supply means for receiving gas from the dynamic turbine exhaust port, a means for receiving cold water from the high-pressure supply means, a means for transferring heat of the gas to the cold water, a gas outlet, and a high-pressure hot water outlet. A supply means for receiving an outflow gas of the water heater, a means for receiving a coolant from a radiator outlet, and condensing steam into water to separate carbon dioxide gas, thereby cooling gas heat. Condenser means comprising means for transferring the condensed water, carbon dioxide gas, and heated coolant, and a supply arranged to receive the water at the condenser outlet. A pump having an inlet, a means for increasing the pressure of water to a value higher than its inlet, an outlet for a chilled water inlet of the water heater, and an outlet for radiator evaporative cooling water; and The means Means for receiving the warm air coolant of the vessel, means for cooling the warm air coolant with the atmosphere, means for evaporating and cooling the atmosphere using the pump evaporative cooling drainage from a spray nozzle, and outflow means for discharging the coolant. Fan means for circulating the atmosphere to absorb heat from the condenser coolant, supply means for receiving gaseous carbon dioxide from the condenser outlet, an outlet, and the pressure of the carbon dioxide. Reciprocating compressor means comprising means for raising the value above the inlet; means for receiving the carbon dioxide emissions of the reciprocating compressor; and converting the carbon dioxide to a compact liquid or solid for periodic removal. And a carbon dioxide conversion storage means.
【請求項2】 車両駆動などの多様な動力適用ができる低汚染または無汚染
排気内燃エンジンであって、 エンジン周囲の大気から空気を受入できるよう形成された空気給入口と、 少なくとも部分的に水素を含む燃料の供給源と、 前記空気給入口に接続された給入口と、空気が主として酸素となるよう空から
窒素を除去する手段と、酸素流出口とを備える空気処理装置と、 前記燃料供給源から燃料と前記空気処理装置から酸素とを受入して、その燃料
と酸素を燃焼させ、蒸気を含む高圧高温の燃焼生成物を生成するため、その燃焼
生成物の排出口を備える燃料燃焼装置と、 エンジン動力を出力する手段と燃焼生成物の排気口とを備え、前記燃焼装置の
排出口に接続された燃焼生成物膨脹装置とから成るエンジン。
2. A low-pollution or non-polluting exhaust internal combustion engine capable of a variety of power applications, such as vehicle driving, comprising an air inlet formed to receive air from the atmosphere surrounding the engine, and at least partially hydrogen. An air treatment device comprising: a fuel supply source comprising: a supply port connected to the air supply port; a unit for removing nitrogen from the air so that air is mainly oxygen; and an oxygen outlet. A fuel combustion device having an outlet for the combustion products to receive fuel from a source and oxygen from the air treatment device, burn the fuel and oxygen, and produce high pressure, high temperature combustion products including steam. An engine comprising: means for outputting engine power; and an exhaust port for combustion products, the apparatus comprising a combustion product expansion device connected to an exhaust port of the combustion device.
【請求項3】 さらに、酸素と燃料が前記燃焼装置に送り込まれる前に、酸
素と燃料を圧縮する手段を備えた請求項2記載のエンジン。
3. The engine according to claim 2, further comprising means for compressing the oxygen and the fuel before the oxygen and the fuel are sent to the combustion device.
【請求項4】 前記燃焼装置が、燃焼室から排出される燃焼生成物の1つと
して元から発生した水をも含むような水を少なくとも1つの供給源から受入でき
るよう形成された水給入口を備え、その水給入口は、水を前記燃焼生成物と接触
させてそれを混合し、前記燃焼装置排出口から排出するので、燃焼装置の排出口
から排出されるガスの温度が低減され、燃焼装置の排出口から排出されるガスの
流量が増加するように構成された請求項2記載のエンジン。
4. A water inlet configured to receive water from at least one source, wherein the combustion device receives water from the combustion chamber, the water also including naturally generated water as one of the combustion products discharged from the combustion chamber. Wherein the water inlet has water in contact with and mixes with the combustion products and discharges from the combustor outlet, thereby reducing the temperature of the gas discharged from the combustor outlet, 3. The engine according to claim 2, wherein the engine is configured to increase a flow rate of gas discharged from a discharge port of the combustion device.
【請求項5】 前記酸素を圧縮する手段が、各圧縮器は、空気給入口に給入
される空気中のその他の成分とともに酸素を圧縮できるよう、少なくとも2つの
前記空気給入口と前記空気処理装置の間にインタークーラを有する、少なくとも
2つの圧縮器を備えた請求項3記載のエンジン。
5. The means for compressing oxygen comprises means for compressing at least two of the air inlets and the air treatment so that each compressor is capable of compressing oxygen with other components in the air supplied to the air inlets. 4. The engine of claim 3, comprising at least two compressors having an intercooler between the units.
【請求項6】 前記燃焼生成物膨脹装置の排気口から排出される燃焼生成物
の少なくとも一部が、前記燃焼装置の水給入口への戻りダクトを備えた、燃焼生
成物中の蒸気を水に凝縮する凝縮器へ送り込まれるため、蒸気/水がランキンサ
イクルでの作用液体として作用するように構成された請求項4記載のエンジン。
6. At least a portion of the combustion products discharged from an exhaust port of the combustion product expansion device converts the steam in the combustion products into water with a return duct to a water inlet of the combustion device. 5. The engine of claim 4 wherein the steam / water is configured to act as a working liquid in a Rankine cycle because it is sent to a condenser that condenses the steam.
【請求項7】 前記空気給入口と前記燃焼装置の間に、そのバイパス空気ダ
クトを閉止することができるバルブを備えた、窒素を含む空気を前記燃焼装置へ
送流するバイパス空気ダクトが備わっているため、窒素を含む空気が所望時に燃
焼装置へ供給できるように構成された請求項2記載のエンジン。
7. A bypass air duct is provided between the air inlet and the combustion device, the valve including a valve capable of closing the bypass air duct, and for feeding air containing nitrogen to the combustion device. 3. The engine according to claim 2, wherein the engine is configured such that air containing nitrogen can be supplied to the combustion device when desired.
【請求項8】 前記圧縮手段のそれぞれが、電気モータとバッテリーにより
酸素を圧縮するため前記圧縮手段を駆動できるよう、前記電気モータとバッテリ
ーに接続されており、かつ、前記圧縮手段が、膨脹器により酸素を圧縮するため
前記圧縮手段を駆動できるよう、前記燃焼装置の排出口から排出される燃焼生成
物と流体連接されている少なくとも1つの膨脹器に接続されており、 前記電気モータが、酸素を圧縮するための圧縮手段を駆動するのに必要なレベ
ルを越える過剰なレベルの動力を前記膨脹器が供与する場合に動作して前記バッ
テリーを充電する手段を備えた請求項3記載のエンジン。
8. An electric motor and a battery connected to the electric motor and the battery so that each of the compression means can drive the compression means to compress oxygen by the electric motor and the battery. Connected to at least one expander that is in fluid communication with combustion products exhausted from an outlet of the combustion device so that the compression means can be driven to compress oxygen by the electric motor. 4. The engine of claim 3 further comprising means operable to charge the battery when the expander provides an excessive level of power beyond that required to drive the compression means for compressing the battery.
【請求項9】 前記空気給入口と前記空気処理装置の間に、少なくとも1つ
の空気の圧力を上げる圧縮器を備え、 前記第一の圧縮器と前記空気処理装置の間に、少なくとも1つの通過する空気
の温度を下げるインタークーラを備え、 前記空気処理装置が、前記インタークーラの下流側に、空気の圧力と温度とを
空気中の酸素の凝縮点以下まで下げる膨脹器を備えており、かつ、その酸素流出
口では窒素をほぼ除去できるように構成された請求項2記載のエンジン。
9. A compressor for increasing the pressure of at least one air between the air inlet and the air treatment device, wherein at least one passage is provided between the first compressor and the air treatment device. An intercooler that lowers the temperature of the air to be blown, the air treatment device further includes an expander downstream of the intercooler that reduces the pressure and temperature of the air to a temperature equal to or lower than the condensation point of oxygen in the air, and 3. The engine according to claim 2, wherein said oxygen outlet is configured to substantially remove nitrogen.
【請求項10】 前記空気処理装置が窒素流出口を備えており、前記エンジ
ンが、前記空気処理装置の窒素流出口から排出される窒素と、前記膨脹器と空気
給入口間の空気との間で熱交換する手段をもつ熱交換装置を備えた請求項9記載
のエンジン。
10. The air treatment device includes a nitrogen outlet, and the engine is configured to move between the nitrogen exhausted from the nitrogen outlet of the air treatment device and air between the expander and the air inlet. 10. The engine according to claim 9, further comprising a heat exchange device having means for exchanging heat with the heat exchanger.
【請求項11】 前記膨脹器が、前記空気処理装置の酸素流出口と前記燃焼
装置の間に配備された酸素圧縮器に接続されているため、酸素の圧力が増加する
ように構成された請求項9記載のエンジン。
11. The oxygen expander is configured to increase the pressure of oxygen because the expander is connected to an oxygen compressor disposed between the oxygen outlet of the air treatment device and the combustion device. Item 9. The engine according to Item 9.
【請求項12】 前記空気処理装置と前記空気給入口の間に、冷凍可能な気
体を空気から除去するためのスクラバーを備えた請求項9記載のエンジン。
12. The engine according to claim 9, further comprising a scrubber between said air treatment device and said air inlet for removing a refrigerable gas from air.
【請求項13】 前記空気処理装置が、酸素流出口と窒素流出口をもつ双塔
精留器を前記膨脹器の下流側に備えた請求項10記載のエンジン。
13. The engine according to claim 10, wherein the air treatment device includes a double tower rectifier having an oxygen outlet and a nitrogen outlet downstream of the expander.
【請求項14】 前記空気給入口と前記空気処理装置の間に、少なくとも1
つの空気の圧力を上げる前記圧縮器を備え、かつ、前記第一の圧縮器と前記空気
処理装置の間に、少なくとも1つの通過する空気の温度を下げるインタークーラ
を備え、 前記空気処理装置が、前記インタークーラの下流側に、空気の圧力と温度とを
空気中の酸素の凝縮点以下まで下げる膨脹器を備えており、かつ、その酸素流出
口では窒素をほぼ除去でき、 前記空気処理装置が窒素流出口を備えており、かつ、前記エンジンが、前記空
気処理装置の窒素流出口から排出される窒素と、前記膨脹器と空気給入口間の空
気との間で熱交換する手段をもつ熱交換装置を備え、 前記膨脹器が、前記空気処理装置の酸素流出口と前記燃焼装置の間に配備され
た酸素圧縮器に接続されているため、酸素の圧力が増加し、 前記空気処理装置と前記空気給入口の間に、冷凍可能な気体を空気から除去す
るためのスクラバーを備え、 前記空気処理装置が、酸素流出口と窒素流出口をもつ双塔精留器を前記膨脹器
の下流側に備えた請求項8記載のエンジン。
14. At least one between the air inlet and the air treatment device.
The compressor for increasing the pressure of the air, and an intercooler between the first compressor and the air treatment device for decreasing the temperature of at least one passing air, wherein the air treatment device comprises: On the downstream side of the intercooler, there is provided an expander that reduces the pressure and temperature of the air to below the condensation point of oxygen in the air, and the oxygen outlet can substantially remove nitrogen, and the air treatment device A heat source having a nitrogen outlet and having means for exchanging heat between nitrogen discharged from the nitrogen outlet of the air treatment device and air between the expander and an air inlet; Since the inflator is connected to an oxygen compressor disposed between the oxygen outlet of the air treatment device and the combustion device, the pressure of oxygen increases, and Air supply A scrubber between the mouth for removing refrigerated gas from the air, the air treatment unit comprising a double tower rectifier having an oxygen outlet and a nitrogen outlet downstream of the expander; The engine according to claim 8.
【請求項15】 前記燃料が、水素、炭素、および、場合によっては酸素を
も含む炭化水素燃料であり、 前記燃料と酸素とが、基本的に蒸気と二酸化炭素を含む燃焼生成物を生成する
のに必要な化学量比率で混合されるように構成された請求項2記載のエンジン。
15. The fuel is a hydrocarbon fuel comprising hydrogen, carbon and, optionally, oxygen, wherein the fuel and oxygen produce a combustion product comprising essentially steam and carbon dioxide. 3. The engine according to claim 2, wherein the engine is configured to be mixed at a stoichiometric ratio required for the engine.
【請求項16】 前記燃焼生成物膨脹装置の排気口から排出される燃焼生成
物の少なくとも一部が、前記燃焼装置の水給入口への戻りダクトを備えた、燃焼
生成物中の蒸気を水に凝縮する凝縮器へ送り込まれるため、蒸気/水がランキン
サイクルでの作用液体として作用し、 前記凝縮器が、蒸気から熱を除去するためのへ熱交換液体を含み、熱交換液体
が、ラジエータの外側に周囲環境からの大気を当てて熱交換液体を冷却できるよ
う、エンジン周囲の環境下に配置されたラジエータの内部に流体連接しており、 前記凝縮器が、前記ラジエータ内の熱交換液体を蒸発冷却するため、周囲環境
中に、および、ラジエータの外側に向けて水を散布する第2の排出口水ダクトを
備えた請求項2記載のエンジン。
16. At least a portion of the combustion products discharged from an exhaust port of the combustion product expansion device converts the steam in the combustion product into water with a return duct to a water inlet of the combustion device. Steam / water acts as a working liquid in a Rankine cycle, said condenser comprising a heat exchange liquid for removing heat from the steam, wherein the heat exchange liquid is a radiator The condenser is fluidly connected to the inside of a radiator arranged in an environment around the engine so that the heat exchange liquid can be cooled by irradiating the atmosphere from the surrounding environment to the outside of the radiator. 3. The engine according to claim 2, further comprising a second outlet water duct for spraying water into the surrounding environment and toward the outside of the radiator for evaporative cooling.
【請求項17】 車両用動力やその他の動力利用のための低汚染または無汚
染排気内燃エンジンであって、 周囲環境から空気を受入する空気給入口と、 空気から酸素を分離してその酸素を酸素流出口から送出する手段を備えた、前
記空気給入口の下流側に配置された空気処理装置と、 水素を含む燃料の供給源と、 点火装置と、燃料と酸素とを受入する少なくとも1つの給入口と、動力伝達装
置に接続された、燃焼室内で振動できるよう配備されたピストンと、燃焼室内で
の燃焼生成物を除去する少なくとも1つの排気口とを備えた少なくとも1つの燃
焼室とから成るエンジン。
17. A low-pollution or non-polluting exhaust internal combustion engine for vehicular power and other power applications, comprising: an air inlet for receiving air from the surrounding environment; An air treatment device located downstream of the air inlet, with means for delivering from an oxygen outlet; a source of fuel containing hydrogen; an igniter; and at least one receiving fuel and oxygen. From at least one combustion chamber having a supply inlet, a piston connected to the power transmission, oscillating in the combustion chamber, and at least one exhaust port for removing combustion products in the combustion chamber. The engine that consists.
【請求項18】 前記燃焼室の一方の給入口の上流側に、少なくとも酸素と
蒸気を受入する予備混合器を備え、その蒸気の少なくとも一部が、燃焼生成物の
一部として燃焼室内で生成され、その排気口から予備混合器へと送られ、 前記給入口と前記空気処理装置の間に、少なくとも1つの空気の圧力を上げる
圧縮器を備え、 前記第一圧縮器と前記空気処理装置の間に、少なくとも1つのそこを通過する
空気の温度を下げるインタークーラを備え、 前記空気処理装置が、前記インタークーラの下流側に、空気の圧力と温度とを
空気中の酸素の凝縮点以下まで下げる膨脹器を備えており、かつ、その酸素流出
口では窒素をほぼ除去でき、 前記空気処理装置が窒素流出口を備えており、かつ、前記エンジンが、前記空
気処理装置の窒素流出口から排出される窒素と、前記膨脹器と空気給入口間の空
気との間で熱交換する手段をもつ熱交換装置を備え、 前記膨脹器が、前記空気処理装置の酸素流出口と前記燃焼装置の間に配備され
た酸素圧縮器に接続されているため、酸素の圧力が増加し、 前記空気処理装置と前記空気給入口の間に、冷凍可能な気体を空気から除去す
るためのスクラバーを備えた請求項17記載のエンジン。
18. A premixer for receiving at least oxygen and steam at an upstream side of one of the inlets of the combustion chamber, wherein at least a part of the steam is generated in the combustion chamber as a part of a combustion product. And a compressor that is sent from the exhaust port to a premixer, and that increases a pressure of at least one air between the supply port and the air treatment device, wherein the first compressor and the air treatment device And at least one intercooler for lowering the temperature of the air passing therethrough, wherein the air treatment device reduces the pressure and temperature of the air downstream of the intercooler to below the condensation point of oxygen in the air. A lowering inflator and its oxygen outlet is capable of substantially removing nitrogen; the air treatment device is provided with a nitrogen outlet; and the engine is provided with a nitrogen outlet from the air treatment device. A heat exchange device having means for exchanging heat between the discharged nitrogen and air between the expander and an air inlet, wherein the expander is provided between an oxygen outlet of the air treatment device and the combustion device. Connected to an oxygen compressor provided in the air conditioner, the pressure of oxygen increases, and a scrubber for removing refrigible gas from air is provided between the air treatment device and the air inlet. Item 18. The engine according to Item 17.
【請求項19】 前記燃焼室の一方の給入口の上流側に、前記空気処理装置
の酸素流出口から酸素を、前記燃料供給源から燃料を、燃焼室内で燃焼生成物の
一部として生成されて燃焼室排気口から送られる蒸気を受入する予備混合器を備
え、前記燃焼室の給入口に送り込まれる前に、予備混合器により燃料、酸素、蒸
気が混合できるので、オットーサイクル内燃エンジンの排気中の窒素酸化物をな
くせるように構成された請求項17記載のエンジン。
19. An upstream side of one of the inlets of the combustion chamber, wherein oxygen is produced from an oxygen outlet of the air treatment device, and fuel is produced from the fuel supply source as part of a combustion product in the combustion chamber. A premixer for receiving the steam sent from the combustion chamber exhaust port, and since the premixer can mix fuel, oxygen, and steam before being sent to the inlet of the combustion chamber, the exhaust gas of the Otto cycle internal combustion engine can be mixed. 18. The engine of claim 17, wherein said engine is configured to eliminate nitrogen oxides therein.
【請求項20】 前記燃焼室の給入口に送り込まれる前に、予備混合器によ
り酸素と蒸気が混合できるよう、前記燃焼室の一方の給入口の上流側に、前記空
気処理装置の酸素流出口から酸素を、燃焼室内で燃焼生成物の一部として生成さ
れ燃焼室排気口から送られる蒸気を受入する予備混合器を備え、 前記ピストンで酸素と蒸気を圧縮した後に前記燃焼シリンダー内へ燃料を導入
できるよう形成された第2の燃料用の給入口を備えるため、燃料が基本的に一定
の圧力で燃焼でき、ディーゼルサイクル内燃エンジンの排気中の窒素酸化物をな
くせるように構成された請求項17記載のエンジン。
20. An oxygen outlet of the air treatment device upstream of one inlet of the combustion chamber so that oxygen and steam can be mixed by a premixer before being fed into the inlet of the combustion chamber. A premixer that receives steam from the combustion chamber, which is produced as a part of a combustion product in the combustion chamber, and receives oxygen from the combustion chamber. Claims configured to include an inlet for a second fuel configured to be introduced so that the fuel can be burned at an essentially constant pressure and eliminate nitrogen oxides in the exhaust of a diesel cycle internal combustion engine. Item 18. The engine according to Item 17.
【請求項21】 車両駆動や固定式発電などの多様な動力利用のための低汚
染または無汚染排気内燃エンジンであって、 空気給入口と、 少なくとも部分的に水素を含む燃料の供給源と、 前記空気供給口に接続された給入口と、前記空気給入口での空気の窒素含有量
が少なくなるよう空気から窒素を除去する手段と、濃厚酸素流出口とを備えた空
気処理装置と、 燃焼生成物の排気口を備えた、前記燃料供給源から燃料を、前記空気処理装置
の流出口から酸素を受入し、燃料と酸素とを燃焼させて蒸気を含む高圧高温の燃
焼生成物を生成する燃料燃焼装置とから成るエンジン。
21. A low-pollution or non-polluting exhaust internal combustion engine for a variety of power uses, such as vehicle driving and stationary power generation, comprising: an air inlet; a source of a fuel comprising at least partially hydrogen; An air treatment device comprising: a supply port connected to the air supply port; means for removing nitrogen from the air so as to reduce the nitrogen content of the air at the air supply port; and a rich oxygen outlet; Receiving fuel from the fuel supply, and oxygen from an outlet of the air treatment device, with a product outlet, and combusting the fuel and oxygen to produce high pressure, high temperature combustion products including steam. An engine comprising a fuel combustion device.
【請求項22】 前記空気処理装置が、少なくとも空気の一部を液化する手
段と、空気の液化部分を空気の非液化部分から分離する手段と、酸素含有量の多
い空気の部分を前記濃厚酸素流出口へ送る手段とを備えた請求項21記載のエン
ジン。
22. The air treatment device comprising: means for liquefying at least a portion of the air; means for separating a liquefied portion of the air from a non-liquefied portion of the air; 22. The engine according to claim 21, further comprising means for sending to an outlet.
【請求項23】 前記給入口と前記空気処理装置の間に、少なくとも1つの
空気の圧力を上げる圧縮器を備え、 前記第一圧縮器と前記空気処理装置の間に、少なくとも1つのそこを通過する
空気の温度を下げるインタークーラを備え、 前記空気処理装置が、前記インタークーラの下流側に、空気の圧力と温度とを
空気中の酸素の凝縮点以下まで下げる膨脹器を備えており、かつ、濃厚酸素流出
口を備えた請求項21記載のエンジン。
23. A compressor for increasing the pressure of at least one air between the inlet and the air treatment device, wherein at least one of the compressors passes between the first compressor and the air treatment device. An intercooler that lowers the temperature of the air to be blown, the air treatment device further includes an expander downstream of the intercooler that reduces the pressure and temperature of the air to a temperature equal to or lower than the condensation point of oxygen in the air, and 22. The engine according to claim 21, further comprising a rich oxygen outlet.
【請求項24】 前記空気処理装置が、前記給入口からの空気と接触できる
よう位置決めされており、空気構成気体を吸着および脱着できる材料を備えた請
求項21記載のエンジン。
24. The engine according to claim 21, wherein the air treatment device is positioned so as to be able to contact air from the supply port, and is provided with a material capable of adsorbing and desorbing an air constituent gas.
【請求項25】 前記材料が、前記材料に隣接する空気の圧力に基づいて窒
素を吸着および脱着し、かつ、そのベッドから酸素が濃厚な空気を選択的に取り
出して前記濃厚酸素流出口へ送り手段を備えた少なくとも2つの材料ベッドを、
ベッドに隣接する空気の圧力を大気圧前後の値に順番に上げたり下げたりする手
段と共に備えた請求項24記載のエンジン。
25. The material adsorbs and desorbs nitrogen based on the pressure of air adjacent to the material, and selectively removes oxygen-enriched air from the bed and sends it to the rich oxygen outlet. At least two material beds with means,
25. The engine according to claim 24, further comprising means for sequentially increasing and decreasing the pressure of the air adjacent to the bed to a value around atmospheric pressure.
【請求項26】 前記空気処理装置が、窒素透過率と異なる酸素の透過率を
もつ少なくとも1つの膜を備え、膜の片側に空気を当てて、膜の両側でそれぞれ
酸素濃厚気体と窒素濃厚気体を収集し、酸素濃厚気体をその濃厚酸素流出口へ送
り込むように構成された請求項21記載のエンジン。
26. The air treatment device comprises at least one membrane having an oxygen permeability different from the nitrogen permeability, wherein air is applied to one side of the membrane, and oxygen-enriched gas and nitrogen-enriched gas are provided on both sides of the membrane, respectively. 22. The engine of claim 21, wherein the engine is configured to collect oxygen rich gas and to feed oxygen rich gas to the oxygen rich outlet.
【請求項27】 前記膜を通過する空気流を連続して発生させ、より濃厚な
酸素や窒素が得られるよう、2つまたはそれ以上の膜を設置した請求項26記載
のエンジン。
27. The engine of claim 26, wherein two or more membranes are installed to continuously generate an air flow through the membrane to obtain a richer oxygen or nitrogen.
【請求項28】 前記空気処理装置に給入される空気の圧力を大気圧より高
くする手段を備えた供給圧縮器を前記供給口に接続し、前記膜の窒素より酸素の
透過率を上げて、膜を、前記供給圧縮器の流出口と濃厚酸素流出口の間、および
、第2の膜を濃厚酸素流出口と超濃厚酸素流出口の間に並列に設置し、前記第2
膜の濃厚酸素流出口と反対側の気体の酸素含有量を、前記第2膜の濃厚酸素流出
口側よりも大きくし、前記空気処理装置の濃厚酸素流出口に前記超濃厚酸素流出
口をつなげるように構成された請求項27記載のエンジン。
28. A supply compressor having means for increasing the pressure of air supplied to the air treatment device above atmospheric pressure is connected to the supply port, and the permeability of oxygen of the membrane is increased from nitrogen. Installing a membrane in parallel between the outlet of the feed compressor and the rich oxygen outlet and a second membrane between the rich oxygen outlet and the ultra-rich oxygen outlet,
The oxygen content of the gas on the side opposite to the rich oxygen outlet of the membrane is made larger than that of the rich oxygen outlet side of the second membrane, and the ultra-rich oxygen outlet is connected to the rich oxygen outlet of the air treatment device. The engine according to claim 27, configured as follows.
【請求項29】 前記空気処理装置が、そこでの酸素イオンの移動を可能に
するイオン個体溶液を含み、前記空気給入口と前記濃厚酸素流出口の間に並列配
備された電子セラミック膜を備え、かつ 前記空気処理装置が、その空気処理装置内で発生した熱から、前記電子セラミ
ック膜の温度を少なくとも部分的に上げる手段を備えた請求項21記載のエンジ
ン。
29. The air treatment device comprising an ionic solid solution allowing movement of oxygen ions therein, comprising an electronic ceramic membrane disposed in parallel between the air inlet and the rich oxygen outlet, 22. The engine of claim 21, wherein said air treatment device comprises means for at least partially raising the temperature of said electronic ceramic membrane from heat generated within said air treatment device.
【請求項30】 前記燃焼装置の排出口が、エンジンが少なくとも部分的に
閉止サイクルで運転できるよう、前記燃焼生成物の少なくとも一部を前記燃焼装
置に戻す手段を備え、 前記燃焼生成物を前期の燃焼装置に戻す手段が、別の閉止ランキンサイクルエ
ンジン内のタービンからの別の作用液体と熱交換して、前記燃焼生成物を冷却す
る手段を備えた請求項21記載のエンジン。
30. An outlet of the combustion device comprising means for returning at least a portion of the combustion products to the combustion device so that the engine can operate at least partially in a closed cycle; 22. The engine of claim 21 wherein the means for returning to the combustion device comprises means for exchanging heat with another working liquid from a turbine in another closed Rankine cycle engine to cool the combustion products.
JP2000513041A 1997-09-22 1997-09-22 Clean air engine for transportation and other power uses Pending JP2001517751A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1997/017006 WO1999015762A1 (en) 1995-06-07 1997-09-22 Clean air engines for transportation and other power applications

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001517751A true JP2001517751A (en) 2001-10-09

Family

ID=22261716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000513041A Pending JP2001517751A (en) 1997-09-22 1997-09-22 Clean air engine for transportation and other power uses

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2001517751A (en)
AU (1) AU4495797A (en)
CA (1) CA2304046C (en)
DE (1) DE69738474T2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300699B1 (en) 2012-08-24 2013-08-26 한국에너지기술연구원 Adiabatic compressed air energy storage for automotive vehicle and energy storage method using the same
JP2014509359A (en) * 2011-01-20 2014-04-17 ライトセイル エナジー インコーポレイテッド Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
WO2014141501A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 三菱重工業株式会社 Working gas circulation engine system
KR101529691B1 (en) * 2011-05-24 2015-06-17 허 마제스티 더 퀸 인 라이트 오브 캐나다 에즈 리프레젠티드 바이 더 미니스터 오브 내츄럴 리소시스 High pressure fossil fuel oxy-combustion system with carbon dioxide capture for interface with an energy conversion system
JP2019528395A (en) * 2016-08-25 2019-10-10 レイボルド ゲーエムベーハー refrigerator

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008039449A1 (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Emission-free Karftwerk
US8752391B2 (en) 2010-11-08 2014-06-17 General Electric Company Integrated turbomachine oxygen plant
DE102016120764A1 (en) 2016-10-31 2018-05-03 Terex Mhps Gmbh A system with a secondary power generator for post-conversion of exhaust heat of a primary power generator
US20230246211A1 (en) * 2022-02-03 2023-08-03 Caterpillar Inc. Systems and methods for energy generation during hydrogen regasification

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014509359A (en) * 2011-01-20 2014-04-17 ライトセイル エナジー インコーポレイテッド Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
KR101529691B1 (en) * 2011-05-24 2015-06-17 허 마제스티 더 퀸 인 라이트 오브 캐나다 에즈 리프레젠티드 바이 더 미니스터 오브 내츄럴 리소시스 High pressure fossil fuel oxy-combustion system with carbon dioxide capture for interface with an energy conversion system
KR101300699B1 (en) 2012-08-24 2013-08-26 한국에너지기술연구원 Adiabatic compressed air energy storage for automotive vehicle and energy storage method using the same
WO2014030794A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 한국에너지기술연구원 Electrical power storage device for vehicle using compressed-air energy storage, and electrical power storage method therefor
US9234454B2 (en) 2012-08-24 2016-01-12 Korea Institute Of Energy Research Adiabatic compressed air energy storage for automotive vehicle and energy storage method using the same
WO2014141501A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 三菱重工業株式会社 Working gas circulation engine system
JP2014177907A (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Working gas circulation type engine system
CN105189984A (en) * 2013-03-15 2015-12-23 三菱重工业株式会社 Working gas circulation engine system
JP2019528395A (en) * 2016-08-25 2019-10-10 レイボルド ゲーエムベーハー refrigerator

Also Published As

Publication number Publication date
CA2304046C (en) 2008-11-18
CA2304046A1 (en) 1999-04-01
DE69738474T2 (en) 2009-01-15
DE69738474D1 (en) 2008-03-06
AU4495797A (en) 1999-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1040252B1 (en) Clean air engines for transportation and other power applications
US6523349B2 (en) Clean air engines for transportation and other power applications
US6945029B2 (en) Low pollution power generation system with ion transfer membrane air separation
US6389814B2 (en) Hydrocarbon combustion power generation system with CO2 sequestration
JP6267375B2 (en) Membrane separation method using waste heat for in-vehicle recovery and storage of CO2 from exhaust gas of vehicle internal combustion engine
US7472550B2 (en) Combined cooling and power plant with water extraction
US7827778B2 (en) Power plants that utilize gas turbines for power generation and processes for lowering CO2 emissions
JP6325516B2 (en) Apparatus and method for oxyfuel combustion of fuel in an internal combustion engine
EP3951159B9 (en) Internal combustion engine and operating method of same
JP2001517751A (en) Clean air engine for transportation and other power uses
CN113825896A (en) Vehicle with turbine system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070522

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20070821

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20070828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071122

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20071122

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080416

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080509

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080624